4轿车车身工艺.docx

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4轿车车身工艺

轿车车身制造工艺

第一篇轿车车身制造焊接篇

第二篇轿车车身制造尺寸篇……………………

第一章焊接夹具概述…………………………

第一节焊接夹具的作用和分类…………………

一、夹具的分类………………………………

二、夹具的作用………………………………

第二节工件在焊接夹具中的定位………………

一、自由度和六点定位原理…………………

二、工件的定位………………………………

（一）N-2-1定位原理………………………

（二）焊接夹具支撑定位面（N）的选择……

（三）焊接夹具的过定位和欠定位……………

四、定位误差分析………………………………

（一）焊接夹具误差…………………………

（二）工件误差………………………………

（三）装配误差………………………………

（四）其它误差………………………………

五、焊接夹具定位方案设计方法…………………

六、焊接夹具定位误差计算公式…………………

第三节工件在焊接夹具中的夹紧…………………

一、夹紧力的方向……………………………

二、夹紧力的作用点…………………………

三、夹紧力的大小……………………………

四、夹紧件的功用和要求……………………

五、车身焊接夹具常用的夹紧方式……………

六、夹紧机构的设计…………………………

第四节焊接夹具的测量与验证方法………………

一、焊接夹具验证工作的目的…………………

二、焊接夹具的检测方法……………………

（一）直接检测法…………………………

1、静态检测…………………………

2、动态检测…………………………

（二）间接检测……………………………

1、静态检测…………………………

2、动态检测…………………………

第五节焊接夹具控制方式………………………

一、焊接夹具控制方式的分类………………

二、焊接夹具气动技术应用…………………

（一）空气的物理性质……………………

（二）流体力学的基础知识…………………

2.1静止流体……………………………

2.2流体流动的分类……………………

2.3不可压缩流动………………………

2.4可压缩流动…………………………

（三）湿空气………………………………

3.1绝对湿度、相对湿度、露点…………

3.2压缩空气的相对湿度、压力露点……

（四）气动元件及回路的流量特性……………

（五）充放气特性……………………………

（六）气源处理元件…………………………

（七）气动执行元件…………………………

（八）气动控制元件…………………………

（九）气动辅助元件…………………………

（十）气动基本回路和应用…………………

三、电气控制焊接夹具的应用…………………

第六节焊接夹具设计与制作……………………

一、焊接夹具设计流程…………………………

二、焊接夹具设计规范…………………………

1、规制块设计要求规范………………………

2、调整垫片的设计要求规范…………………

3、角座的设计要求规范………………………

4、BASE板的设计要求规范……………………

5、导引挡块的设计要求规范…………………

6、定位销的设计要求规范……………………

7、精度要求…………………………………

三、焊接夹具数模模拟…………………………

四、其它…………………………………………

第七节焊接夹具改造调整控制流程…………………

第八节焊接夹具保养的作用和方法…………………

第九节焊接夹具点检………………………………

第十节焊接夹具维修………………………………

第二章压合模概述…………………………………

第三章检具概述……………………………………

第四章工位器具概述………………………………

第三篇轿车车身制造防错篇

第四篇轿车车身制造工业工程篇

第三篇工装篇

“工欲善其事，必先利其器”，这是我国历史上劳动人民在生产斗争中对工具重要性所作的结论。

在现代化生产中，工装（工艺装备）的作用也是如此。

在机械制造工业中，为了达到保证产品质量、改善劳动条件、提高劳动生产率及降低成本的目的大量使用着各种工艺装备。

工装主要包括：

夹具、模具、检具、刀具、辅助工具、测量工具和工位器具等。

但在轿车车身工装中主要包括：

焊接夹具、模具、检具和工位器具等，这里我们主要介绍焊接夹具、包边模具、检具和工位器具的作用、设计原理和设计规范。

第一章焊接夹具概述

从广义上来看，在工艺过程中的任何工序，用来快速、方便、安全、可靠的安装工件的装置，都可以称为夹具。

轿车车身焊接加工过程中，用来固定被加工对象，使被加工对象在加工过程中有正确的位置，以接受施工或检测的装置，称为焊接夹具。

在任何加工前必须将工件定位、夹紧。

焊接夹具通常由定位元件（确定工件的加工尺寸）、夹紧元件、引导元件（装件引导元件和加工引导元件等）、连接元件（角座、规制板和连接块等）和焊接夹具本体（夹具基面）等组成。

汽车的车身焊接已经普偏采用夹具进行定位和夹紧，同时让焊接夹具具有自动化、柔性化，自动化可以使被加工对象提高加工精度和保证产品的一致性并能够大幅度的提高生产效率和降低员工的劳动强度。

柔性化可以实现一条生产线的夹具可以生产加工几中或多种规格的产品，提高了设备的利用率和降低了生产成本。

这章我们主要讲解焊接夹具。

第一节夹具的作用和分类

一、夹具的分类

（一）夹具按照应用的范围分类

1、焊接夹具这类夹具主要任务是按照产品图纸和工艺指导书的要求，把焊件中的各零件或分总成的相互位置能准确的装配并采用焊接方法进行固定，即所谓的焊接夹具

2、装配夹具这类夹具主要任务是按照产品图纸和工艺指导书的要求，把需装配在一起的各个零件或分总成的相互位置能准确的装配并采用螺栓连接经行固定，即所谓的装配夹具

3、检验夹具在产品的焊接或装配工作完成后需对产品进行检验的夹具，即为夹具

4、机床夹具是被加工零件在机床上加工时，用来装夹工件（和引导刀具）的一种工艺装备。

二、夹具按照使用的动力源分类

1、手动夹具通过人力来推动夹紧机构对工件进行夹紧的夹具。

2、气动夹具利用压缩空气推动气缸工作，气缸推动夹紧机构对工件进行夹紧的夹具。

3、电动夹具利用电机推动夹紧机构夹紧工件的夹具。

4、电气夹具用电源控制气源，使气缸工作推动夹紧机构夹紧工件的夹具

三、焊接焊接夹具的作用

在汽车的总成的产品焊接和分总成的产品焊接中，为了保证产品的质量和劳动效率，在装配焊接生产过程中采用了夹具，它的主要作用如下：

1、保证产品质量在装配过程中使被装配的零件或分总成件进入相互确定的位置，在焊接时控制焊接变形，最后达到焊接结构的尺寸要求，在装配定位焊时如果不用焊接夹具，用人工划线来装配焊接零件是很难保证产品尺寸的一致性的，还有工件在自由状态下焊接，由于焊接的热作用，焊接后工件一般都会产生变形。

当装配焊接超出了产品设计图纸的要求时，将会影响到后面总成工序或产品使用性能，造成产品降级和报废。

用夹具进行装配焊接，可以精确的对零件经行定位和牢固的夹紧，不仅可用保证装配零件的相对位置，而且在焊接过程中使零件的变形得到一定的限制。

通常在焊接夹具上装配焊接可使结构达到IT10~IT11级精度。

所以在焊接结构的生产中广泛采用夹具来保证和提高产品质量。

2、提高劳动生产效率在装配焊接时，如果不采用焊接夹具，用手工来摆好工件的位置是十分的困难的，而在焊接过程中始终要扶住工件是十分疲劳的，如果采用焊接夹具则大大的简化到了装配工作，由夹具来保证零件的定位和夹紧，焊接时也不用扶住工件，降低了劳动强度，方便了操作，同时也减少了很多的辅助工作（如划线、对准、测量等）的时间，不同的焊接件，所用的辅助时间也不用。

但是，正确的使用夹具一般都可以减少70%以上的辅助时间，大大的提高了生产效率。

尤其是随着高效率的焊接方法的采用，必须相应的采用机械化和自动化程度较高的夹具来相匹配来获得更高的汽车生产效率。

3、降低劳动强度凡是处于水平位置焊接时，焊接是最容易实施，在悬挂式电焊机经行电焊时，焊点成型好，工艺缺陷（半点、烧穿、毛刺等）少，对应处在竖直和倾斜位置进行焊接时，因操作不便，质量难以保证，而且焊接速度也比水平位置焊接低2倍，如果使用翻转夹具和旋转夹具就可以改变竖直的和倾斜的焊点位置，可以使焊钳处于水平位置经行操作，方便焊接，降低了焊接缺陷，保证了产品质量，提高了生产效率，同时也降低了劳动强度。

第二节工件在焊接夹具中的定位

一、自由度和点定位原理

图3-1

图3-1

任何工件（刚体）空间都有六个自由度，也就是工件在空间可X向、Y向、Z向、X轴旋转、Y轴旋转和Z轴旋转的六个自由度如（图3-1）（内容需增加）

图3-2

图3-2

工件（刚体）在空间的定位也就是用夹具的定位元件对工件的六个自由度进行控制，可用合理的六个点来进行控制就称为六点定位原理,如（图3-2）每个支撑点限制工件的一个自由度。

六个点限制的自由度如下：

1、2、3点限制Z向移动、X向旋转、Y向旋转自由度

4、5点限制Y向移动、Z向旋转

6点限制X向移动

三、工件的定位

（一）N-2-1定位原理

L2

L3

L1

F

Z

Y

D2

XD1

D1

点焊焊接夹具的定位方式如图3-5所示，图中平行四边形为薄板工件，F为焊枪作用在工件上的加工力。

D1和D2为两个定位销，D1限制了工件x,y方向的平移自由度，D2限制了工件绕z轴的转动自由度。

L1,L2,…Ln为N个夹具支撑定位点，限制了刚体运动中的其它三个自由度，当N=3时为传统的“3-2-1”定位原理，因为薄板的易变形，“N-2-1”定位中的N就需要大于3。

点焊焊接夹具设计中关键的问题就是选择最优的支撑点数，并确定它们的位置，实现最好的方式约束工件的自由度及其在重力和焊接加工的作用力和焊接后应力下的最小变形，以提高工件的焊接精度和焊接质量。

而“N-2-1”的定位原理是通过在第一基准面上增加支撑面限制薄板件的整体变形，非常适合点焊焊接夹具设计的指导原则，在绝大多数薄板件的加工过程中，其中最主要的偏差问题是工件法向方向的变形，在焊接夹具中需要在第一基准面上存在多于3个的支撑定位面限制这一方向的变形。

（二）焊接夹具支撑定位面（N）的优化和选择

在基于“N-21”定位原理的点焊焊接夹具支撑定位面的优化中，主要是优化第一基面上的N个支撑定位面的位置使薄板件在焊接加工的作用力和重力作用下整体变形最小。

在实际的优化过程中，往往在薄板件上选择一些对加工质量有较大的关键点，并以它们的法向位移总和作为标准来横梁薄板件整体变形的大小。

本节在建立焊接夹具系统的支撑定位面时，主要考虑点焊焊接夹具在焊接过程中如何保证工件的定位精度和整体的变形量的控制，从而减小焊接偏差，而并没有考虑焊接变形对工件造成的影响。

N的选择，理论上说，支撑定位面的数目越多，则工件的变形量会越小，定位效果会越好。

但是支撑定位面的数目的增多会极大的增加夹具的制造成本，延长设计制造周期，而且过多的定位点将导致更多的夹具定位误差，反而会降低焊接精度。

多以N的选择原则是：

在满足定位精度的前提下，用尽可能少的用支撑定位面来固定工件和限制工件变形。

1、刚体工件的支撑定位面（N）的选择

刚体：

是一个物体在理想状态下受到外力的情况不会产生变形，我们将这个物体称为刚体。

刚体

2

3

1

一个刚体工件在夹具中的定位：

任何刚体在空间都有6个自由度，零件定位是为了确定零件在夹具中的位置，也就是消除（或限制）零件相对相对夹具的6个自由度，消除（或限制）自由度的方法，便是定位的方法如（图3-2）

图3-4a

在夹具中如图3-4a正常情况下一个刚体工件它的支撑定位面是由三点。

在图中刚体的工件不会变形，因此只考虑支撑，所有图中只需要1、2、3三个定位面就可以实现，因此一个刚体工件定位的时候N选择3个定位支撑面，刚体的工件的定位就选择3-2-1的方式进行定位。

2、非刚体工件支撑定位面（N）的选择

非刚体：

是一个物体在理想状态下受到外力的情况下会产生变形、扭曲，我们将这个物体称为非刚体。

如图3-3a为一个破切面为I形的薄板件在不受力的情况下是一张平板。

如图3-3b在受到轴向的扭力板件在受力的情况下扭曲。

如图3-3c在板件的一端或中间施力板件弯曲。

F

F

图3-3a

图3-3b

图3-3c

1、在夹具中如图3-4a正常情况下一个刚体工件它的支撑定位面是由三点。

在图中刚体的工件不会变形，因此只考虑支撑，所有图中只需要1、2、3三个定位面就可以实现

图3-4b

1

3

4

2

图3-4b

2、在夹具中如图3-4b是一个破切面为I形的非刚体薄板工件正常就需要有4个甚至更多支撑点支撑一个平板，在图中非刚体工件受到外力或本自身易产生变形，因此支撑点就相应的需增加来防止工件的产生塑性或弹性的变形，所以需要图中1、2、3、4个支撑面来支撑非刚体的平板，如较大或较长的板件支撑根据需要可能定位支撑也要相应的增加。

5

6

2

图3-4c

3

4

1

3、在夹具中如图3-4c，一个L形的板件正常就需要6个点经行支撑和定位。

图中L形的板件由1、2、3、4、5、6个支撑面来支撑非刚体的L形板件，其中5、6支撑定位面不仅能够保证L形板件的扭曲等变形还可以保证A的角度

不变，因此N的选择为6。

6

4、在焊接夹具中如图3-4d，一个U形

4

3

2

1

7

8

图3-4d

A6

A6

的板件正常的需要

5

有8个点进行支撑和定位。

图中U形的板件由1、2、3、4、5、6、7、8个支撑面来进行支撑和定位的，其中5、6、7、8支撑定位面不仅能够保证U形板件的扭曲等变形，同样也保证了A的角度不变，因此N的选择为8。

5、在焊接夹具中还有像破切面为L和U形的复合体工件，因工件的面较多，相同的定位支撑面也要增加。

（三）、夹具的过定位和欠定位

1、过定位：

夹具在对工件进行定位时，如果支撑点超过六个或物体某一自由度出现重复定位，这种现象称为过定位；钢性大的了零件时不允许过定位的，过定位不仅不能得到准确一致的位置，反面会使零件的位置不稳定，正如像野外测量器的支架和摄像器材的支架采用三条腿的道理一样，因为三条腿的支架在一个不平的地面上佷容易放平稳。

在汽车焊接结构中簿板零件很多，这些零件多为冲压件，钢性小，尤其是当零件尺寸较大时，刚性更小，这些零件在自身重量作用下，都难保证其准确的形状，对于这种零件，仅仅按六点定位规则定位，无法保证其要求的位置和形状，必须增加定位点的数量，也就是采取过定位的方法来定位。

2、欠定位：

按工件加工要求应该限制的自由度没有得到限制，该定位称为欠定位，欠定位不能保证工件加工的尺寸要求，所以欠定位是不容许的

四、定位误差分析

车身焊接的定位误差分析依赖于相应的焊接夹具的误差、工件误差、工艺误差、装配误差和其它误差等组成的。

（一）焊接夹具误差

工件在焊接夹具中的位置是以其定位基面与定位元件的相互接触（配合）来确定的。

由于定位基面、定位元件的工作表面存在一定的制造误差，导致工件在焊接夹具中的实际位置不可能完全一样的，从而使加工后的各工件的加工尺寸存在误差，它包括制造误差、基准不重合误差两种。

1、焊接夹具制造误差

焊接夹具的各定位基面和定位元件在夹具中的定位都是通过角座、规制板、连接块和定位销座等将其与夹具基准面连接在一起的，它们之间每个元件和元件的位置精度都是通过两个定位圆柱销来保证的，

如图3-5所示角座与规制板连接就是有两个定位圆柱销来进行相互位置的确定的，在通过四个螺栓来进行紧固连接。

在规制板和角座之间有3mm的调整垫片进行相互的位置调整。

图3-5

图3-6是规制板的加工图纸，从标注的地方我们可以看到定位圆柱销孔的尺寸精度和位置精度，销与孔的配合一般用的采用基孔制配合，通过公差的优先配合方式我们采用H7/g6的配合。

所以图纸孔的加工尺寸为φ10H7，

图3-6

而图纸中销孔的位置公差是孔到基准边的尺寸公差为±0.05，孔与孔的尺寸公差为±0.02。

n

i=1

通过上述的介绍我们可以得出夹具的制造误差范围是多少，从夹具基准面--角座--规制板--连接块--定位销座，因此得出△Y=∑Ai

△Y为焊接夹具制造的最终尺寸公差

Ai为每个元件之际的尺寸公差

正常焊接夹具的组件在5个以内，因此△Y的值为0.1mm。

2、基准不重合误差

定位基准和工序基准不重合而造成的加工误差，称为基准不重合误差，用△B表示。

如图3-7为一个总成焊接工序中，一个工件C上焊接两个小件A、B，并分别在两个工序中完成，工序OP10焊接A小件，工序OP20焊接B件，由于工件C上有四个工艺孔，在工序OP10上选用工件C的1、3孔为定位孔定位工

件，并将工件C和A焊接在一起，在工序OP20上选用工件C的2、4孔为定位孔，将工件C和B焊接在一起，因此定位基准不重合，因此工序基准相对与定位基准存在误差±△L，使工件C的位置在两个工序中变化，从而导致工件工序尺寸B存在基准不重合的加工误差。

通过图

（二）工件误差

（三）装配误差

（四）其它误差