汽车车身焊装夹具设计的关键技术研究

1 车身焊接夹具的特点

1.1 焊装夹具的结构特点

车身焊装夹具体积大，结构复杂是最明显的特点，为有利于加工和装配，便于在后期使用过程中进行维护和检修，必须分解夹具的结构。车身焊装夹具有三个装配基准，分别是左、右侧围和底板，在相关平面上设定有坐标线以及基准槽，只要按对应的坐标和基准槽进行装配、检测，然后把各部分统一组合起来，就是一个合格的夹具。

1.2 焊装夹具的定位特点

焊装夹具的定位元件多为不规则的曲面，一般很少用到标准元件。焊接夹具应定位好每一个被焊工件，保证相互之间不会干涉，这就要求在设计定位元件时必须充分利用工件的装配关系作为定位支承。如果装配要求不严格，可以不使用焊接夹具操作。

1.3 焊装夹具的夹紧特点

车身冲压件经常使用电阻焊接，如果点焊的加压方向同工件重力一致，且焊接压力不使工件变形，定位基准和装配位置也不受到影响，那么夹紧机构可以忽略。焊接针对的是两个以上的工件，夹紧点很多，使用电阻焊这种焊接工艺可以提高工作的效率，减少装卸时间。夹紧宜采用多点联动机构与快速高效装置。

对于薄板冲压件夹紧力的关键是找准支承点，冲压件由于刚性受到结构以及钢材厚度的影响，参数是不一样的，夹紧应该保证工件不会发生变形。夹紧力的设定主要是为工件的装配提供便利，使其贴合于定位支承。在夹紧器制作材质的选取上，夹紧头部多是碳钢、不锈钢等，这类材质可以满足工件的不同要求。

2 夹具设计的定位元素

2.1 定位销

定位销是用于零部件定位的重要元素。在设计车身零件的焊接夹具时，通常我们会设计一组由一个圆形定位销和菱形销组成的定位销组来进行定位，保证在焊接过程中零件定位的精度，和放取件的方便性。定位销我们根据使用形式可分为固定销，伸缩销，和摆动销。我们将使用方式为固定安装的销称为固定销。因为固定销易于安装，并且制造加工比较方便所以在夹具设计时常常会使用到。但它的数量也不能太多。因为我们知道，零部件都是通过销孔和定位销的销体接触，形成定位。当一个零部件上的固定销太多时，虽然在短期内易于保证精度，但是由于定位销太多，钣金件加工质量一致性难于保证，而设计时设计的定位孔和销的公差范围比较小，造成工人焊接上件，和焊接完取件不方便，经过多次的拿取操作后会造成定位销的磨损，定位销的刚度也会受一定影响，从而影响定位精度。因此，我们设计的时候，一套夹具的固定销数量一般不超过两个。伸缩销和摆动销也是用的比较多的一种定位销。当一套夹具需要多个定位销时，而固定销的数量又受到限制，我们就考虑设计时增加伸缩销或者摆动销。当然，改变销的结构形式也需考虑零件的结构，和预留的操作空间，不能与零件有干涉。当定位销由于受到零件结构限制而不是水平的，而是带有一定角度或者垂直于BASE 板，考虑到取放件的便易性，我们也应将定位销设计成摆动或伸缩的。

2.2 定位块及压块

定位块和压块在夹具设计中也用的比较多，他们分别起定位和压紧作用。定位块主要用于对面的定位，它能保证一些重要的型面和功能面的尺寸。在设计的时候，我们要根据工艺上要求的 RPS 并结合自己的经验来设计定位块的结构形式进行定位块的设计。压块主要是用于保证零件的压紧。它的设计主要考虑因素是能不能在保证压紧零件的同时，又能保证焊枪良好的操作性。它的结构形式因而也会因为零件和其他夹具结构体的形式而不同。

3 车身的焊接夹具设计要点

3.1 采用合适的焊接夹具设计工具

（1）WAVE 是三维造型软件 UG 的重要模块，能实现“部件间的关联”，可完成汽车车身焊装夹具总体装配设计，实现对设计过程的有效控制；

（2）根据分解后的车身焊合件，合理设计夹具的种类；

（3）考虑年产量确定夹具的自动化水平和定位装置；

（4）车身和夹具的设计基准一致。焊装夹具上的部件位置都是根据车身零件的设计基准而定，最终要保证生产出合格的焊接工装结构；

（5）焊接夹具的定位合理。夹具的定位包括孔定位和面定位。夹具定位大都采用过定位方式，以增加焊接的刚度，减少焊接变形。采用孔定位，优先考虑的是冲压工序的定位孔，要求孔的尺寸和位置准确可靠；

（6）正确设计夹紧装置。当正确确定零件在夹具上定位后，为确定焊接时中各个工件的装配位置，同时考虑克服工件的回弹变形，一般需要用夹紧机构。该装置能使工件和支承面、定位面和工件以及工件之间夹紧贴合。

3.2 焊装夹具中的计算机技术

3.2.1 浅谈汽车焊装夹具的虚拟制造环境

当今，遍布全球的制造企业之间的竞争也变得越来越激烈，而决定企业全球竞争能力的主要指标是新产品开发的时间(Time)、质量(Quality)、成本(Cost)和服务(Services)，即 TQCS。对此，国际上于 90 年代初提出了一项具有挑战性的制造技术——虚拟制造技术。虚拟制造技术是由计算机仿真、建模技术、计算机图形学、人工智能、并行工程和多媒体技术等多学科知识形成的综合系统技术。产品和过程的建模与仿真技术是实现虚拟制造的核心技术。汽车焊装夹具在制作现实的成品之前，如果先采用虚拟制造，可以对产品进行仿真化模拟制造，可以通过虚拟的制造技术来对现实中的制作过程中可能出现的问题进行预测与分析，如此一来，再进行现实的制造时，就会减少许多问题，提高产品的质量与效率。具体的内容为：在焊装夹具虚拟制造系统中，通过建立夹具设计的产品模型、工艺模型、装配模型和成本模型等，利用设备模型库和仿真服务模块来定义虚拟车间，由设备模型库中的对象类定义来创立车间对象模型，在虚拟车间内进行汽车车身覆盖件的装夹、焊接和拆卸过程，用计算机记录下这个过程中汽车车身覆盖件的变形规律此外，利用仿真接口可实现虚拟制造系统与用户、应用系统以及真实设备之间的接口。

3.2.2 汽车焊装夹具利用

计算机辅助设计的可行性对于焊装夹具来说，通常由支座、定位板、压板、销轴、夹紧器及限位块等组成，共计 5大类 200 多种，这些结构以及元件都对精密度有着严格的要求，同时汽车焊装夹具结构也有着许多的特点，比如想要让车企的改型速度快以及研制周期短，可以采用大量的标准化元件进行制造。在实际的投入使用案例中，也可以明显发现采用大量的标准化元件的许多优势，最具有说服力的就是当今世界上许多汽车工业发达国家采用的都是这样的方法，而
要想元件大量标准化生产，这就离不开用计算机技术进行控制；此外，由于上文提到的支座、定位板、压板等焊装夹具对于精密度有着严格的要求，有的元件甚至要求为百分之几毫米，因此要想大量快速地生产这些元件，不可能靠人力进行加工以及校正，而采用计算机技术可以很好地进行元件的精密控制；所以根据汽车焊装夹具的特点可以决定焊装夹具进行计算机辅助设计具有可行性。

通过对高压电机主绝缘内部导体角部电场的计算，得出发电机定子线棒导体角部存在电场集中现象，当导体圆角处等位层的曲率半径≥2mm 时，发电机定子线棒绝缘的场强分布得到明显改善。最大场强和不均匀系数下降明显。导体等位层与导体接触的裸铜点间距在不超过 300mm 的范围内时，等电位层效果最好。导体角部电场分布优化措施能有效的提高高压电机定子线棒电气性能。不同结构内屏蔽的线棒可获得不同的电气性能，与局部屏蔽层处理的线棒相比，采用全屏蔽层处理的线棒介质损耗角正切值要低，局部放电量以及击穿电压要高。

4 结束语

汽车车身的焊装，焊装夹具不可或缺，它影响着汽车生产的水平，对汽车生产的效率、质量和规模都产生重要作用。因此，重视焊装夹具设计的常见问题和掌握焊装夹具设计的要点，革新焊装夹具的设计方法和设计水平非常重要，同时也是汽车制造公司在激烈的竞争中得以生存的重要因素。