轿车白车身焊装夹具设计评审要则

王冬梅 皮文皓 130012) (一汽轿车股份有限公司,长春

Automobile Technology & Material - - PRODUCTION EQUIPMENT -

1982—),作者简介:王冬梅( 女,高级工程师,硕士研究生,研究方向为轿车白车身焊装工艺。

摘要:针对轿车白车身焊装夹具设计评审提出了评审要素,阐述了白车身焊装夹具设计中典型案例及解决方案。通过对问题的解析,提高了夹具设计评审的质量和效率,减少了现场调试时夹具问题发生的概率。关键词:焊装夹具 夹具设计 评审 案例U468.2 B Doi:10.19710/j.cnki.1003-8817.20170058中图分类号: 文献标识码: 1 前言

焊装夹具是将焊件准确定位和可靠夹紧,便于焊件进行装配和焊接、保证焊件结构精度方面要求的工艺装备[1]。合理的焊装夹具设计是保证夹具精度、焊接质量、提高劳动生产率、减轻工人劳动强度、降低车身制造成本的根本途径。

夹具设计评审是夹具设计确认的重要阶段,其核心内容是提出评审意见,因设计失误带来的夹具后期更改会有很大的局限性和难度,这要求评审者具有较强的理论知识和丰富的现场调试经验,把握各项评审原则和要点。本文结合某新车型的焊装夹具设计评审案例对有关内容进行阐述。

2 夹具设计评审总则

目前国内夹具按照功能主要分为手动夹具、气动夹具、自动夹具、二氧化碳气体保护焊夹具、螺柱焊夹具等,从实际生产角度考虑,夹具设计都 应满足工艺内容完整、足够的刚度、可靠性高、操作性强、工艺性好、标准化和通用化的基本要求,夹具设计评审也应从以上方面提出评审意见。

3 工艺内容评审

工艺内容评审的目的是保证夹具设计信息与发标文件一致。

在车身焊接夹具设计之初,厂家应根据主机厂发标时的文件开展工作,必须保证夹具设计使用的产品数据、工位信息、夹具形式符合技术文件要求。

3.1 产品数据

确认夹具设计使用的产品数据版本为最新,确认数据有无零件缺失,特别是使用螺母定位的位置是否缺少焊接螺母。对于不带料厚的数据需要根据料厚线判断料厚方向及零件厚度,否则会给夹具设计、零件加工及三坐标测量带来很多困难。

3.2 每工位夹具的信息

对照夹具式样书核对本工位夹具的零件数量、装件顺序、焊点数量和位置、节拍等信息。 3.3 夹具基准形式 Referenz Punkt核对夹具的定位基准系统(

System,rps)基准点数量、位置、方向、大小、定位夹

1a紧形式与夹具式样书中的一致性。例如图 所示定位销,式样书中要求使用伸缩销,夹具设计成了图1b

所示固定销,将影响零件的装配,必须提出更改。

4 夹具刚度评审 4.1 基板刚度

夹具在投入生产使用时要承受多种力的作用,所以应具备足够的刚度,保证焊后的零件变形小、精度高。

夹具基板是焊接夹具的骨架,是准确安装定位夹紧单元、旋转和举升等其他功能单元的平台,是整台夹具精度检查测量建立坐标系的基准。夹具基板的刚度决定了自身的平面度及其定位单元的定位精度。

某夹具基板连接部位过于单薄,夹具上方的定位单元和零件同时作用在基板上,基板刚度明显不足,更改后将基板的连接部位加大,从而增加刚度,同时更有效地保证了基板的平面度,避免局2部发生变形,如图 所示。

4.2 单元结构刚度

夹具的刚度是决定夹具稳定性的重要因素, 所以每一个定位单元都应具有足够的刚度。 3如图 所示,某定位块支座悬出太长,夹具的刚度不足,定位块支座增加支撑后,夹具刚度和稳定性得到保证。

5 可靠性评审

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夹具可靠性主要体现在 个方面:保证零件定位精度,夹紧牢固;保证零件在夹具翻转或吊运中不受损害;保证运动过程中安全无干涉。

5.1 夹具精度

夹具要保证零件尺寸具有一定精度且稳定,夹具定位夹紧时应保证产品尺寸、形状符合产品设计要求,不能破坏工件的定位位置,即不能允许工件定位后松动偏移。5.1.1

定位销精度定位销根据形式分为固定销、伸缩销和摆动销,伸缩销结构在现场调试中出现问题较多,主要

4a是气缸的选型和连接结构问题。如图 所示,某伸缩销结构定位销导向杆与气缸活塞杆采用铰接形式的浮动连接,且定位销导向杆上部的导向部分过短,现场调试过程中发现定位销晃动量达到0.2 mm

。更换定位销导向杆与气缸活塞杆的连接

4b方式为螺纹连接,同时导向部分长度增加,如图所示,定位精度得到保证。 5a某车型使用的翻转伸缩销结构如图 所示, 2存在 个问题:定位销轴线与气缸活塞杆轴线间距离L过长;气缸选型错误,此种带导杆的薄壁型气缸精度较差,使用过程中销晃动严重,无法满足精5b度定位要求。气缸及结构更改后如图 所示,保证了翻转销的定位精度。 5.1.2

定位面精度定位面分为固定式和活动式,对于活动式定位面,必须设计有限位块,确保定位和夹紧部位的6准确性和稳定性。某车型活动定位面结构如图所示,定位面和压紧面均为摆臂结构,必须要保证定位面侧有限位块,从而通过限位块各部位的间隙确认定位面是否到达理论位置,现场调试时应保证夹具夹紧状态下限位块各部位的间隙小于 0.1 mm。 5.1.3 检测基准点设置为确定整台夹具的装配精度和加工精度是否满足要求,夹具装配完成后需进行三坐标测量,夹Jig Base具平台上表面需设有测量建系的基准点( Point,jbp)。基准点分布的一般原则为: a.最大限度覆盖平台,即平台四周要有基准孔; b. JBP在平台上的位置不应与其它装置干涉; c. 4检测孔不少于 个,考虑便携式三坐标测量仪的测量半径,大尺寸基板中间要增加测量基准孔,实现局部坐标系测量; d.两个孔的X或Y坐标在一条坐标线上,否则无法建立测量坐标系,无法实现测量。7a如图所示基准孔分布不均,且基准点坐标不在一条直线上,评审时必须提出更改,更改结果7b如图 所示。

5.2 翻转结构强度和安全性

翻转结构没有统一的标准,但常出现的问题集中在翻转结构本身强度不足而损坏和支撑点位置不良使总成零件在翻转过程中滑落损坏,甚至造成人员伤害。以上问题在评审时必须充分论证。

8a 2图中夹具翻转结构的转轴设计成 根,使用过程中易出现两轴不同步造成卡死的问题,且转轴部分的结构单薄强度不足,造成应力集中撕

8b 1裂。图 翻转结构更改为 根轴,避免了卡死问题,同时对受力部分进行了加固,保证了强度。

此外,对于翻转结构必须计算零件的重心,恰当选择支撑点位置,同时注意支撑点托块的形状能够可靠限制零件,否则翻转过程中零件会发生

9侧偏或翻出,造成零件坠落甚至发生危险。如图所示,某车型侧围翻转夹具通过计算,零件重心位于翻转夹具的中心,结构较为可靠。

5.3 夹具运动过程干涉模拟

夹具在使用中是运动的,其夹紧、举升、滑动

3等运动机构的打开、闭合和运动过程 种状态都需要确认是否有干涉,否则现场调试时发现干涉问题,夹具改造难度增大。常见的运动干涉主要分为以下几类: a.两组相邻夹具单元打开过程中干涉; b.夹具打开后气缸与基板干涉; c.压头打开时与定位销干涉; d.夹具打开状态与装取件干涉; e.夹具翻转或举升时与零件干涉; f.吊具运行过程中与零件干涉。夹具设计评审时对运动部件的运动始末状态确认较为常见,但对运动过程中的干涉验证容易遗漏,因此,在夹具设计评审中还应对以上运动干涉情况进行检查。

10如图 所示,某套夹具的两组夹紧单元夹具夹紧状态下两组单元距离较远,没有干涉,但在运动过程中两组单元发生干涉,必须更改夹紧结构进行避让。

6 操作性评审

夹具应保证操作人员良好的操作环境和焊接操作便利性。

6.1 基板尺寸

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基板尺寸和形状影响焊接操作性。如图 所示,某车型侧围外板夹具的基板设计冗余,与操作者走动路径干涉,需要将多余部分切除。

6.2 夹具操作高度

夹具设计完成后要从整体上把握其高度,夹

具高度决定了操作高度,一般零件平放在夹具上,

700~900 mm焊接面到地面的距离保证在 可满足

12要求,否则需要增加踏台。夹具高度构成如图所示。

6.3 焊接操作性

夹具自身的结构和具体设计细节确认完成后,需要进行焊接操作性、焊钳可达性评审。评审内容包括焊接操作姿态、焊钳通道和操作者位置。6.3.1 焊接操作姿态

170 cm由人机工程学知识可知,对于身高为左右的人来说,身体保持直立状态,双手距离地面800~1 200 mm

高度工作时,人体感觉最舒适,所以评审时注意焊钳的操作高度和角度能否实现,避

13免出现弯腰、下蹲等姿态。图 所示为某个焊点的焊钳模拟情况,由于产品结构限制了夹具的结构设计,焊接图示焊点时焊钳操作手柄距离地面250 mm,

操作者无法实现此焊接姿态,必须通过更改夹具结构来满足焊接操作性要求。 6.3.2 焊钳通道连续焊点的焊钳通道应尽量一致,避免焊钳反复进退枪,且保证焊钳进退时与夹具无干涉。14a如图 所示,某夹具设计时定位单元分布随意,没有充分考虑焊钳路径,焊钳需要退出一次,影响操作节拍。将定位单元设计到同一侧,留出14b焊接通道,焊钳可以连续焊接,如图 所示。 6.3.3 操作者位置操作者的位置主要取决于焊枪的分布,在夹具设计时要综合考虑操作者的站位,保证焊钳的形式15a和操作方向合理。以如图 所示的焊钳焊接方向C 15b)模拟,采用的 型焊钳水平焊接姿态(见图 和操作方向看似可行,但操作者若站在焊钳左侧需要压着焊钳电缆,操作极其不便,操作者若站在焊钳右侧会与零件干涉无站立空间,此情况需要更改焊15c钳为X型并直立焊接操作,如图 所示。

7 工艺性评审 7.1 定位面和定位销的调整

工艺性评审的目的是使夹具便于制造、安装、调整和维修维护。 7.1.1 平行坐标系方向调整定位面、定位销、压紧面都应严格按照车体坐16a标系调整,便于检测和现场的调整。如图 所示的单元中定位销的调整方向比较随意,按照坐标

16b系方向调整后结构如图 所示。 7.1.2 定位面单独可调整定位面调整方向一般是单一方向的沿车身坐1 2标系调整,当 个定位面定位 个方向,或者定位面为斜面,这时定位面的调整不能只调整单一方2 3向,而是要调整 个或 个方向,一般当定位面与7° 2车体坐标系的角度大于 时,定位面需实现 个方1 2向单独可调整。如果 个定位块同时控制 个方向,在空间允许的情况下,建议将此定位块结构拆2成 个定位块,实现每个定位块单独可调整的目17a 1 2的。如图 中个定位块同时控制 个方向,单独调整Z方向时Y方向跟随偏移,会与零件倒角干17b涉,更改为如图 所示的结构较为合理。7.1.3 销带面结构三向可调当定位销和定位面在同一个机构上时(即销带面 18结构),应设计成三向单独可调整结构,如图 所示。

7.2 维修方便

夹具设计时要留有拆卸和调整使用工具的空19间。如图所示的定位面调整时,六角扳手操作空间不足,无法伸入。夹具设计时扳手操作空间40 mm至少保证预留 。

8 标准化和通用化评审

夹具设计的标准化和通用化评审,主要是从如何降低制造费用、维修成本等方面提出评审意见。

如果某零件在不同工位上的定位位置完全相同,则应保证所有工位的该零件定位单元结构一致,否则将导致定位销不统一,后期备件不能通用, 20备件种类增加的同时给管理带来困难。如图 所示,不同工位的定位销结构、长度不同。 (下转第66页)

图3 某夹具单元结构

图2 某夹具基板结构

图1 某夹具定位销形式

图5 翻转伸缩销结构

图4 伸缩销结构

6图 某车型活动定位面结构

图7 夹具基准点设置

图10 某车型夹具运动过程干涉模拟

图8 夹具翻转结构

图9 某车型侧围翻转夹具重心计算

图12 夹具高度构成

图14 焊钳通道

图13 焊钳模拟

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