劉秋蕓

摘 要：汽車車身的焊裝是汽車車身生產(chǎn)中必不可少的環(huán)節(jié)，而其焊接夾具的設(shè)計(jì)直接影響到最終的焊接質(zhì)量。近些年來，汽車車身的設(shè)計(jì)愈發(fā)多樣化和個(gè)性化，對焊裝質(zhì)量和焊裝效率的要求也越來越高，這就要求設(shè)計(jì)人員一方面拓展焊接夾具的設(shè)計(jì)思路，解決相關(guān)設(shè)計(jì)問題，另一方面總結(jié)焊接夾具的設(shè)計(jì)規(guī)律，提高其設(shè)計(jì)速度。本文將從這兩方面對汽車車身的焊接夾具設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行探討，希望能提升在焊接夾具設(shè)計(jì)方面的技術(shù)水平，以盡快滿足我國日益增長的相關(guān)需求。

關(guān)鍵詞：汽車車身；焊接夾具；設(shè)計(jì)規(guī)律；設(shè)計(jì)問題

對汽車車身來說，其焊接夾具的設(shè)計(jì)同時(shí)具備規(guī)律性和特殊性兩方面的特征，規(guī)律性主要來源于設(shè)計(jì)過程中對設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的高要求，特殊性則來源于汽車車身本身的發(fā)展變化。因此，為汽車車身設(shè)計(jì)焊接夾具是一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的工作，一方面要從過往經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)不變的設(shè)計(jì)規(guī)律，提高設(shè)計(jì)效率，另一方面要積極了解新型汽車車身的新特點(diǎn)，根絕新特點(diǎn)和新需求調(diào)整設(shè)計(jì)方式。為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩方面的要求，必須了解焊接工藝特征、汽車車身變形特點(diǎn)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、裝配要求等因素，這樣才能實(shí)現(xiàn)焊接夾具設(shè)計(jì)的綜合化、全方位化。

1.汽車車身的焊接夾具設(shè)計(jì)問題

焊接夾具的常見設(shè)計(jì)問題與設(shè)計(jì)難點(diǎn)基本都來源于汽車車身的自身結(jié)構(gòu)特征。具體來說，包括以下三點(diǎn)：

1.1車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜引起的焊接設(shè)計(jì)構(gòu)圖問題

汽車車身均為空間殼體，需要使用薄板沖壓件進(jìn)行裝焊，這種殼體有兩方面的要求，一方面是物理性能要求，殼體必須具備足夠的剛性，另一方面是造型美觀要求，該要求隨著人們審美觀的改變而不停變化。為了滿足這兩方面的需求，車身零件大多是拉延形成的空間曲面體，形狀和結(jié)構(gòu)都非常復(fù)雜。而焊接夾具設(shè)計(jì)必須依照車身的實(shí)際結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)圖，一旦車身形狀和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度過高，焊接夾具的設(shè)計(jì)構(gòu)圖就會非常困難。

1.2車身剛性低下引起的焊接過程變形問題

如上文所述，汽車的車身殼體有剛性要求，但組成汽車車身的基本都是薄板沖壓件，雖然也具備一定的剛性，但遠(yuǎn)不如普通的機(jī)械加工件，尤其是大型沖壓件，在單獨(dú)存在時(shí)非常容易變形。所以在設(shè)計(jì)其焊接夾具時(shí)不只要考慮夾緊程度，還要考慮焊接完成前的沖壓件承受能力，一旦出現(xiàn)變形，整個(gè)焊接夾具設(shè)計(jì)相當(dāng)于失敗了。

1.3車身三維特征引起的焊接尺寸標(biāo)注問題

不同于各種平面式工件的焊接夾具設(shè)計(jì)，汽車車身的焊接具有非常強(qiáng)的三維空間特征，而且三維跨度非常大，這為焊接夾具設(shè)計(jì)中的尺寸標(biāo)注帶來了一定的困難。為了保證焊接夾具能完全符合尺寸要求，必須事先針對車身的產(chǎn)品圖進(jìn)行三維的空間坐標(biāo)標(biāo)注，為焊接夾具的空間尺寸特征提供必要的數(shù)據(jù)參數(shù)。但三維的空間坐標(biāo)標(biāo)注比二維困難許多，對精度的要求也更高，這為焊接夾具設(shè)計(jì)的前置準(zhǔn)備工作帶來了一定的困難。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，部分焊接夾具的尺寸設(shè)計(jì)失誤就源自三維坐標(biāo)的標(biāo)定失誤。

2.汽車車身的焊接夾具設(shè)計(jì)規(guī)律

2.1焊接夾具設(shè)計(jì)的精度控制規(guī)律

在焊接夾具的設(shè)計(jì)中，精度控制可以分為兩部分，第一部分是車身本身的裝配精度，該精度又分外觀精度、骨架精度兩類，前者指車門間隙面差，后者則是三維坐標(biāo)值。設(shè)計(jì)出的焊接夾具必須在滿足工序件焊裝要求的同時(shí)令上述兩種焊裝精度得到滿足。第二部分則是針對焊接夾具本身的精度標(biāo)準(zhǔn)，通常情況下，生產(chǎn)單位會對坐標(biāo)線、底板基準(zhǔn)槽、定位銷、各類支撐件等做出各種參數(shù)上的精度要求，比如尺寸、形狀、精度、公差等，焊接夾具的自身精度不能超出這些標(biāo)準(zhǔn)的限制。

2.2焊接夾具設(shè)計(jì)的六點(diǎn)定則規(guī)律

六點(diǎn)定則是一種對焊裝件六個(gè)方向上的運(yùn)動自由度加以限制的設(shè)計(jì)模式，但許多人在將其實(shí)際應(yīng)用于焊接夾具設(shè)計(jì)時(shí)存在一定的誤區(qū)。因?yàn)檐嚿淼暮附訆A具屬于薄板焊裝夾具，所以有人認(rèn)為六點(diǎn)定則規(guī)律不適用，事實(shí)上，六點(diǎn)定則在車身的焊裝夾具設(shè)計(jì)中屬于最常見的設(shè)計(jì)規(guī)律。另外，由于超定位現(xiàn)象的存在，有人在設(shè)計(jì)焊接夾具時(shí)，將全部方向的自由度限制職責(zé)都設(shè)計(jì)為夾具承擔(dān)。但事實(shí)上，通過制件之間的彼此制約來限制自由度也是可以的，所以可以利用這一規(guī)律節(jié)省焊接夾具的數(shù)量，控制生產(chǎn)成本。

2.3焊接夾具設(shè)計(jì)的分塊定位規(guī)律

車身的焊接不只包括一個(gè)部分，因此在設(shè)計(jì)焊接夾具時(shí)也要考慮到車身的分塊定位。雖然分塊方式會隨著車型的差異而有所不同，但定位需要遵循的規(guī)律大致一致，具體可以包括以下三點(diǎn)：其一是門洞部分的裝配尺寸必須加以確保，如果總成焊接沒有側(cè)圍分塊，則和前后立柱相關(guān)的分裝夾具必須前后立柱定位，如果有側(cè)圍分塊，則側(cè)圍的焊接夾具才是形成門洞的正確位置。其二是前后懸置孔必須要保證精度，底板懸置孔的沖壓位置通常是底板的加強(qiáng)梁，所以裝焊時(shí)的懸置孔相對位置必須精準(zhǔn)，否則車身和車架無法順利連接。其三是前后風(fēng)窗口有很高的裝配尺寸要求，其形成位置或者位于總裝夾具，或者位于分裝夾具，設(shè)計(jì)夾具時(shí)務(wù)必要予以考慮。

2.4焊接夾具設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)夾緊規(guī)律

車身的焊接夾具具有一些共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和夾緊特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)有所掌握的話可以提高設(shè)計(jì)效率。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，車身的總裝夾具在右側(cè)圍、左側(cè)圍、底板三處平面均要加工上坐標(biāo)線與基準(zhǔn)槽，在之后的夾緊組合階段，裝配和檢測都依照基準(zhǔn)槽進(jìn)行，最終才能形成完整的夾具。從夾緊特點(diǎn)來看，因?yàn)楹附有枰瑫r(shí)加工兩個(gè)工件，所以夾緊點(diǎn)的數(shù)量普遍很多，而且由于車身是薄板沖壓件，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要注意讓夾緊力的作用點(diǎn)落于支承點(diǎn)，如果夾緊力作用點(diǎn)落在支承點(diǎn)平面上，除非工件具備足夠的剛性，否則工件有很大可能脫離定位標(biāo)準(zhǔn)甚至直接彎曲。

3.結(jié)語

總體來說，汽車車身的焊接夾具設(shè)計(jì)并不是一項(xiàng)獨(dú)立的工作，前置的沖壓件和工序件的設(shè)計(jì)安裝對焊接夾具設(shè)計(jì)會造成影響，而焊接夾具設(shè)計(jì)又會影響后續(xù)的實(shí)際汽車車身焊接過程。在這種情況下，在設(shè)計(jì)車身的焊接夾具時(shí)不只要考慮到本身的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，還要綜合考慮與前后工序的關(guān)系，保證整個(gè)汽車焊裝環(huán)節(jié)能夠完美融合，否則焊接夾具的設(shè)計(jì)獨(dú)立出來，即使設(shè)計(jì)成果再優(yōu)秀，也無法滿足實(shí)際的車身焊接需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]來新民，陳關(guān)龍，林忠欽等.薄板沖壓件焊裝夾具設(shè)計(jì)方法[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2000（5）.

[2]陳衛(wèi)國.汽車車身焊裝夾具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華中科技大學(xué)，2007.

[3]熊曉萍，金權(quán)東.車身焊接夾具智能化設(shè)計(jì)方法的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006（11）.

[4]李麗霞.LG-1汽車車身焊裝系統(tǒng)夾具的開發(fā)[D].天津大學(xué)，2007.