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车身焊装夹具定位对质量的影响  

2013-04-28 11:45:12|  分类: 汽车车身制造工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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文章阐述了车身焊装夹具的定位基础和定位系统(RPS)原理并总结常见的几种定位结构和定位形式,以及车身焊装夹具在焊接、装配过程中使用的种类和要求,为装配质量提供有力保证。

由于目前汽车行业中产品的造型与种类日渐增多,相应制件的结构也日渐增多,车身零部件在焊接、装配过程中使用的夹具种类和要求也不一样,因此各种夹具在构造上有着较大的差别。即使同一类型汽车,因生产节拍、产能、质量要求不同和生产厂家的具体生产情况不同,焊装夹具也有一定的差别。目前各汽车制造厂家往往会根据自身产品结构的特点、生产条件和实际需要来自行设计与制造焊接、装配夹具,因此汽车焊装夹具目前还没有形成统一的规格和标准化(根据国内夹具制造厂家产品的结构和风格基本可以分为日韩系和欧系),属于非标设计与制造的工艺装备。虽然未形成标准化,但在汽车焊装夹具的功用、要求以及基本结构的组成上,均具有相应的共性。

目前汽车焊装生产中常用的焊装夹具主要分为手动夹具、气动夹具、自动装焊夹具、凸焊装焊夹具、机械手焊接装置、车身螺柱焊、T型钉焊接样架等。无论是哪一种类型的装焊夹具,从实际生产角度考虑,都应满足以下基本要求:

1. 定位可靠。在装配焊接过程中夹具必须使被装配的零件获得正确的位置和可靠的夹紧,并且在焊接时能防止制件产生大的变形,能稳定保证制件焊接后的相关几何形状和尺寸。

 

2. 使用过程安全可靠。在夹具上,凡受力的各种部位,都应具有足够的强度和刚度,并能承受制件重力和因焊接过程所引起的各个方向的外力。同时必须设置必要的安全互锁保护装置。

3. 便于操作。夹具应满足装配和焊接过程简化以及操作程序合理的要求,以保证焊钳进出和工人自由操作的位置和空间。

4. 动作迅速。在保证强度和刚度的前提下,应轻便灵巧,定位、夹紧和松开应快速省力。

5. 相关机构应便于调整、维修和维护。

采用车身定位时,由于车身覆盖件是面积较大而又容易变形的薄板件,为了增加其刚性,并减少焊接变形,需要增加支撑点,当使用更多的支持点进行定位时,还应考虑过定位的可调性。

 

定位基准是产品图上的基准面、孔(或产品图上标定的基准),通过基准定位,可在设计焊装工装时确定其他的面、孔、点及线的位置。

车身焊装常用的定位基准有以下几种:

(1)面(包括零件表面和曲面)。

(2)孔(产品图上标出的基准孔)。

(3)曲面上经过整形后的平台。

(4)工件上经拉深和压弯形成的台阶。

车身RPS定位系统

RPS定位系统是在降低过程开发成本的前提下,提高产品焊接精度和生产过程可靠性的有力措施。

RPS点是模具、夹具和检具的统一定位点,是用于生产和测量的统一定位点,也是从单个零件到车身总成各个工位的控制点(见图1)。

 

1. RPS点的选用原则

RPS点的选用必须满足以下通用性的原则:

(1)对同一零件在任何工位上都必须采用同一基准作为定位,以避免基准变换产生生产制造和测量误差。

(2) 在单件-分总成-车身的过程中,必须从已存在RPS的点中按照六点定位原则选出用于总成的RPS点,而不能重新定义一个全新的RPS点。

(3)RPS点无论在总成还是在单件中都能很方便地进行测量。

(4)RPS点应设置在零部件上最稳定的区域和部位,这种稳定性不仅指零件自身在生产过程中该区域的质量稳定,也指将来的某些设计更改不会涉及到该区域。

(5)必须注意的是,RPS点一旦被确定,就必须被自始至终地应用到所有生产、总成、装配和检测过程中去。

 

2. RPS点的定位方式

任何零件和总成的定位,都必须有一个主定位(孔、面或边)及一系列副定位。在RPS定位系统中,RPS1是主定位,PRS2、RPS3是副定位,RPS3-RPS2-RPS1共同控制零件的6个自由度。

(1) RPS1的几种常见定位方式。一般情况下, RPS1是圆孔,采用圆销-圆孔定位,控制2个方向平移运动;RPS1是圆孔加面,即采用圆销-圆孔定位,在圆销上加工出台阶,进行面定位,控制3个方向平移运动;RPS1是面或边,采用面定位,控制1个方向平移运动。

(2)副定位的几种常见定位方式。RPS2是长孔,采用长孔-圆销定位,控制1个方向平移运动;RPS2是圆孔,采用圆孔-菱形销定位,控制1个方向的平移运动;RPS2和RPS1组成一组,控制零件以RPS1孔法线为轴心的转动;RPS3是面,采用面定位,控制1个方向的平移运动;根据具体情况,增加辅助定位点,如RPS2面,RPS3孔,RPS4等;RPS1,RPS2,RPS3定位销和定位面的形状公差为0/-0.05mm。其他定位销和定位面的形状公差为0/-0.1mm。

焊接夹具一般定位结构及组成

制件的定位是通过其定位基准与夹具上的定位元件相互配合而实现的。在车身焊接定位系统中,以定位销、支撑板和夹紧机构的配合应用最广。

 

1. 定位销和夹紧器的要求

(1)采用销孔定位时,RPS1的定位销一般设计成固定式。

(2)副定位一般设计成在X、Y、Z三个方向垫片调整结构。当有特殊要求时或根据实际需要,可以设计成只在定位方向可调整。

(3)采用型面定位时,设计成在X、Y、Z三个方向垫片调整结构。当有特殊要求时或根据实际需要,可以设计成只在夹紧方向可调整。

(4)定位面定位时,夹紧器一般采用对面夹紧方式,夹紧器的两个面不能错位。

2. 垫片

在进行夹具定位调整或夹紧位置调整时,需要使用垫片。垫片形状采用统一形式,一般分为三齿(三孔)和四齿(四孔)两种,垫片宽度一般为20mm和50mm两种,垫片长度一般分为50mm和65mm,常用垫片厚度分为0.2mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm和2.0mm五种。

3. 常用定位器

常用定位器的结构主要有夹头、支撑板、定位销及限位形块等四类。

(1)夹头的作用是工件在装配工作完成后,防止制件在夹具上错动、移动或变形,常见的主要有手动夹紧和气动夹紧两种结构(见图2)。

(2)支承板。支承板分平面和曲面两种。平面支承板主要用于工件定位表面是平面的场合,(见图3),其形式可与一般夹具设计用的支承板相同或类似。如果工件的定位表面是曲面,则要用曲面支承板定位(见图4)。

(3)定位销。在汽车车身件装配焊接过程中,定位销是用于定位工件位置的主要定位装置(见图5)。定位销除固定在夹具上使用的以外,为了便于调整尺寸可设计成可拆式(见图6)。

(4)限位块。限位块是用来限制翻转机构、滑行机构和夹紧机构位置的一种限位结构,目前夹具上常用的主要有两种形式:一种是V型,主要用于夹紧机构;一种是U型,主要用于有定位要求的机构。

 

4. 夹紧机构

制件在装配焊接时,对零件施加外力,使它始终保持既定位置的装置称为夹紧机构或叫夹紧器。当工件的重力与点焊时加压方向一致、焊接压力足以克服工件的弹性变形而保持正确的装配位置时可以省去夹紧机构。

在焊装夹具上对制件夹紧有两个目的:使工件的定位基准与定位元件紧密接触;保持工件位置在焊接过程中不动。在选用夹紧机构时遵循以下几点原则:

(1)夹紧器要保证刚度和强度。夹紧器夹紧时要有锁紧装置。手工晃动时,夹紧器不能松动。

(2)夹紧器的手柄、连接件及夹头等一般采用机加工而成,不采用钢板或钢片制作。夹头一般不能采用螺栓头代替。

(3)与零件外表面接触的型面块,一般采用整体机加工而成。

(4)各机构的运动应确保动作正常完成,动作灵活、轻便、稳定,不发生干涉。

(5)夹具夹紧时要自锁。

(6)夹具打开时要有止动点。

(7)一般可调范围:满足操作条件下,水平夹紧臂在小于45°和大于120°的范围内可进行调整;竖直夹紧臂在小于45°和大于96°的范围内可调。

 

5. 夹具的传动装置

夹具传动一般有气动传动、液压传动和电动传动三种方式。车身焊装生产过程中大部分使用的是气动传动。

气动夹紧机构是以工业压缩空气为传力介质、推动气缸动作以实现夹紧作用的机构。它大多数与其他夹紧形式(如杠杆、铰链、偏心轮等)联合进行夹紧,这类夹紧机构通过改变气缸作用力的大小或方向来夹紧工件,从而克服了杠杆等夹紧方式夹紧力小、自锁能力差和效率低的缺点,具有夹紧力稳定、动作迅速、便于集中控制及易实现自动化等诸多优点。

压缩空气一般由工厂的压缩空气站通过管路供应,经管路损失后进入夹具的气源控制系统,稳定气体压力在4~6个大气压范围,以保证所需的夹紧压力。

在焊接车身大型部件和总成时,必须在几个点或更多的点上同时夹紧工件,采用气动夹紧时操作者可在一个工作位置通过电气开关来实现。因夹紧和松开速度极快,从而能大大地缩短生产辅助时间,提高劳动生产效率。

气动夹紧器一般由气缸、夹紧机构和气动元件与管路等部分组成(见图7)。

6. 夹具基板

夹具基板也称BASE板,是夹具中夹紧单元和各定位机构安装的底板,夹具的装配、测量等基准都设计在基板上,同时也是在夹具上安装定位机构和夹紧机构以及承受焊件重量的部分。

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车身批量生产过程中使用的夹具,其夹具基板是根据制件形状、尺寸、定位及夹紧要求、装配和焊接操作工艺要求等专门进行设计的。图8为车门装焊夹具的立体示意图。它们结构虽然简单,但精度高,设计、加工、装配等工作量较大,生产周期长,投资相对也大,对车身产品质量和生产效率起保证作用。

对夹具基板的基本要求是:

(1)有足够的强度和刚度。

(2)便于装配和焊接作业的实施。

(3)能将装配、焊接好的制件方便地取下。

(4)满足必要的导电、导热、通水、通气及通风条件。

(5)容易清理焊接飞溅、焊渣和积灰等。

(6)有利于定位器、夹紧机构位置的调节与补偿。

结语

焊装夹具定位系统设计是否合理,直接决定车身的制造精度,进而决定了整车的装配质量,这需要我们在实践中不断地摸索,不断积累经验。虽然目前汽车焊装夹具还没有形成统一的规格和标准化,但无论是手动夹具、气动夹具,还是简单的、复杂的,各种各样的焊装夹具, 它的定位机构和定位原理都是大同小异(遵循RPS定位原则,又叫321定位法则),结构上也都遵循简单、易操作、稳定性好等原则。

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