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汽车车身装焊误差产生的原因分析及控制  

2013-05-08 16:06:17|  分类: 汽车车身制造工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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汽车车身装焊误差产生的原因分析及控制  

1 前言)

汽车生产是大批量的生产, 装焊质量的高低直接影响到整车的外观质量和性能、工厂的产量和经济效益。在汽车车身装焊过程中, 由于诸多方面因素的影响, 造成了组焊件以及白车身装焊精度的误差。装焊误差有些较小, 对质量不会造成明显的影响有些超过了规定值, 就会产生不良影响。为了保证汽车生产的高质量、快节拍和低成本, 因此很有必要对汽车装焊误差产生的原因进行深人和全面的分析, 并采取措施进行有效的控制。

2 装焊误差产生的原因及控制)

汽车装焊误差产生的原因有很多, 主要涉及到产品设计、焊接夹具、零件、焊接变形和操作过程变形五个方面。对产生装焊误差的各方面因素进行合理的、综合的控制, 即可有效地减小装焊误差。
2.1 产品设计
设计质量决定了产品的固有质量, 保证产品质量必须从产品设计开始。从工艺角度来讲, 即产品的工艺性要好, 包括冲压工艺性、装焊工艺性、装配工艺性及外观成形工艺性等, 它们是互相联系又互相制约的, 要综合起来考虑。评价一个产品的工艺性时, 首先要分析该产品结构是否有足够可进行分解装配焊接的工艺分离面。其次, 在冲压工艺允许的情况下, 应尽可能减少车身零件的分块, 尽量采用整体结构, 特别是对不容易保证结构尺寸或尺寸要求较高的焊接结构要尽量采用整体冲压件, 如整体门框、整体侧围护面及整体前风窗框等零件就采用整体冲压工艺, 以减小装配误差和焊接变形。此外, 冲压件的结构和形面设计, 装配孔、工艺孔的安排布置及焊接接头的设计也要合理, 这样可以很好地进行定位和装焊, 从而减小装焊误差。产品设计时还要考虑到焊接方法的采用, 在满足结构的使用性能的前提下, 应尽量降低板厚, 使焊接接头的设计尽量采用电阻点焊方法, 以减小变形, 且接头的设计要有利于焊接操作。在满足结构形状刚度和强度的前提下, 还要使焊接量降到最少, 以减小焊接变形。最后, 产品设计时设计基准应与装配基准或加工面基准重合, 或者说有装配关系的相邻结构面
应选择同一设计基准, 这样有利于焊接夹具的设计和保证装焊精度。我厂现在生产的微型厢式车比以前生产的微型厢式车在产品设计的很多方面都有所改进, 产品的工艺性要好得多, 因此装焊质量也就比较容易保证。
2.2 焊接夹具9

在产品设计完成后, 焊接夹具是保证车身装焊精度的最重要的因素。焊接夹具的作用是保证所属装焊零件之间的相对位置和焊接件的尺寸精度, 减少装焊过程中焊接件的变形, 提高装焊生产率。焊接夹具主要由定位装置、夹紧装置以及夹具底座构成, 装夹定位和夹紧、焊接和取出构成了整个装焊的过程。在焊接夹具设计、制造、调整、使用和维护等各个环节都存在着产生装焊误差的因素。
焊接夹具设计
焊接夹具设计时, 最重要的是选择各零件的定位基准。定位基准选择是否合理的标准是能否保证定位可靠、精度高、方便装配与焊接, 以及有利于简化夹具结构等。根据基准重合原理, 一般应选择零件上重要的装配孔、工艺孔和装配面做定位基准。
其次, 根据定位基准传递的一致性, 一整套装焊夹具的定位基准的选择, 也应具有继承性和统一性。定位基准和定位孔、定位面的选择还要考虑到对总成尺寸的影响要尽量小, 以减小总体尺寸的累积误差。此外, 夹具的设计基准与产品的设计基准或装配基准应重合, 这样可以消除由于基准不同而产生的尺寸误差, 简化装配协调关系, 提高装配精度。
f组成汽车车身的零部件大多是薄钢板冲压件,刚性小、易变形, 仅靠六点定位规则定位, 无法保证其位置和形状, 因而通常采用工件表面或形面过定位的方式定位。当零件尺寸比较吻合, 过定位支承与工件间存在的间隙在许可的范围内时, 过定位支承实质上还起到校验稳定零件的作用同时, 一定数量的定位装置与夹紧装置的配合还可起到减少装焊过程中变形的作用, 因此过定位在夹具设计上是既允许又必要的。但是, 过定位并非越多越好。此外, 焊接夹具的结构要方便工人操作, 在满足使用要求的前提下, 尽可能不要复杂国内焊接夹具设计时, 零件的夹紧方式一般采用气动夹紧和手动夹紧两种。手动夹紧以四连杆快速夹紧器用得最多,其生产效率较低, 一般仅用于一些辅助的夹紧。气动夹具的生产效率高, 大批量生产多采用气动夹紧。压紧的顺序, 一般是下面的零件先压紧, 上面的零件后压紧重要的零件和主要定位先压紧, 非重要的零件和次要定位后压紧。夹紧装置的设计, 要便于操作, 还要具有一定的稳定性, 压块也要有一定的精度, 以避免或减少压紧对定位造成的影响。
定位、压紧装置都应具有一定的稳定性和可靠性,而且要考虑到可检测性。此外, 定位、压紧装置的设计还要考虑到便于维修和更换, 并能在一定范围内进行调节, 以保证定位精度和焊件焊接收缩量的调整。对于外观件, 焊接夹具的顶起装置以及补焊托架的设计要考虑到与零件的接触面之间要有橡皮或聚胺醋等缓冲, 以减小变形。+ J6 T+ I( _/ K3 z7 _
焊接夹具通常是先按理论尺寸进行设计和制造, 在生产过程中再根据实际需要的反变形量对夹具进行调整。为了控制焊接变形, 焊接夹具定位件的结构要可以方便地进行调整以调节焊接变形和焊后收缩量的变化。值得注意的是, 反变形不等于
@强制变形, 汽车装焊时一般不希望也不允许有较大的强制变形。2 w1 f  t0 g0 x! Z  X( t
2.2.2 夹具制造精度
夹具制造精度达不到设计要求也是造成装焊误差的一个原因。由于大型焊接夹具定位件、压紧件的数量比较多, 结构和形面比较复杂, 以及一些焊接夹具制造、装配技术手段上的一些原因, 都会造成焊接夹具的制造精度有时不能很好地保证。为了保证夹具的制造精度, 除了对定位元件的加工误差进行合理的控制外, 还必须对夹具的装配基准和测量基准的加工误差进行合理的控制。目前, 国内很多制造企业都已经采用了现代化加工手段(如数控机床和加工中心等)进行夹具制造, 而且在夹具制造方面的经验也不断丰富, 因此是有能力保证较高的夹具制造精度的。% ?* f6 }; U! M4 ?' E* f5 r
2.2.3 夹具调整
由于焊接夹具设计或制造上的原因, 以及零件尺寸误差等原因, 在试生产前一般都要经过夹具的调试或者叫零件的比试, 检验夹具能否保证装焊精度, 夹具与零件的协调性以及对零件进行考核。在进行夹具调试时, 夹具应是基准。夹具与零件不协调造成装焊误差的形成, 可能是夹具制造精度的原因, 也可能是零件尺寸的误差造成的。在夹具初期使用时, 有时可能仅仅是夹具的某些部位, 如棱角与零件发生干涉等小问题造成的, 这时只需要对夹具的这些部位进行简单的修磨如果确定是夹具定位件制造精度原因造成的, 需要对夹具定位件尺寸进行一定的调整如果是零件的尺寸有误差, 这时要么是修校零件的模具, 要么是对夹具进行调整,但是对焊接夹具的调整必须要特别慎重。一般来讲, 凡是影响到后续装焊、整车装配、整车外观质量及性能的重要的夹具定位销和定位块是不能轻率地进行调整的, 有些定位销或定位块在进行调整时, 首先要分析它是否会带来其它误差和影响。如果是零件尺寸有问题或者几个冲压件厂家的零件尺寸不一致, 往往通过修模后的零件尺寸会合格,这样就不应该对夹具进行调整, 而是应对零件采取补救措施处理。如果对夹具进行某些调整, 也仅仅是应急, 零件合格后还要还原。
夹具使用与维护
我国汽车装焊生产的自动化程度较低, 目前国内装焊线多采用气动焊接夹具, 悬挂式气动电阻点焊钳手工焊, 少量点焊机器人及自动焊钳。在使用焊接夹具进行装焊操作过程中, 由于有些工人不能完全正确地掌握夹具的使用方法、要求和其它客观原因, 难免存在夹具使用不当, 如零件不定位、不准确或压紧不到位等现象, 就会产生装焊误差。为保证装焊精度就要求操作者能正确使用焊接夹具。焊接夹具的定位元件、压紧元件及其它元件在使用一段时间后会产生磨损, 造成定位误差增大。夹具在平时使用过程中, 还会产生一些定位件和压紧件的松动、脱落、断裂等现象, 必须对夹具进行及时的检查和维护。对焊接夹具的定位尺寸要定期地进行检测, 对损坏或磨损量较大的夹具元件要及时地进行更换或调整, 以保证焊接夹具的精度。
 零件
零件尺寸不合格也是造成装焊误差的一个原因。所谓零件尺寸不合格是指零件尺寸不符合产品图纸要求, 即通常说的零件尺寸超差。/有些情况下, 零件的某些尺寸误差对装焊所造成的影响也可以通过调整夹具来消除。但在很多情况下, 零件尺寸不合格特别是主要尺寸不合格都会产生装焊误差。主要表现为零件无法在夹具上装夹, 或其它零件之间不贴合, 或接合、过渡不协调,从而造成无法装焊;有些虽然不影响在夹具上装焊, 但由于零件之间不协调, 虽然在夹具较大的压紧力作用下强行贴合、强制点焊在一起了, 但由于产生了较大的强制变形, 从而产生装焊误差。故零件的尺寸是应该保证的, 特别是一些重要的装配孔、装配面和工艺孔的尺寸是必须严格控制的。零件的尺寸误差主要取决于冲压模具的设计和制造水平。另外, 由于薄板冲压件弹性大、刚性小、尺寸稳定性差, 存在一定的可变形性, 即使是合格的冲压件, 在运输、操作过程中也很容易产生变形, 因此要采取措施进行控制。国内一些汽车厂主要是采用验具对一些比较重要的冲压件的尺寸进行检查, 也使用三坐标测量仪或其它测量手段。
焊接变形9 焊接变形引起的装焊误差一般比较难以进行定量计算, 焊接变形量的确定应通过理论分析与实际测量相结合。理论分析是对各部位的变形情况进行大致的定性分析, 具体数值大小还要进行实际测量或试验测量。焊接变形量的测量所需要的检测手段比较复杂, 而且对于不同部位、不同的焊接方法、焊接规范和不同的操作顺序等都要具体分析。通过对夹具的调整在夹具上进行反变形, 也可以抵消一部分焊接变形的影响, 但有时也不可能完全依靠夹具来解决。汽车装焊时应选择合理的焊接方法和焊接工艺, 控制稳定的焊接规范, 以减少焊接变形, 而且要保持焊接变形比较稳定和比较容易控制。
2.4.1 焊接方法4

汽车车身装焊所采用的焊接方法以电阻点焊为主。电阻点焊为内部热源, 冶金过程简单, 且加热集中, 热影响区较小, 容易获得优质接头。其次是MAG焊和MIG焊。MAG焊中以CO2焊最为常见, 由于电阻点焊焊钳的可达性比CO2焊枪的可达性差,而有些组焊件的组成结构较为复杂, 接头形式开敞性差角焊较多, 只能用CO2焊进行焊接。同时对某些板厚相差较大的接头处和角接、对接以及强度和密封要求较高的连接处, 一般也采用CO2焊来进行焊接或补充焊接。如微型车辆的车架部分零件采用1.2mm一2mm的薄板冲压件结构, 其组合件主要采用电阻点焊焊接, 而某些部位则需要采用CO2焊进行点固焊和补焊加固。CO2焊由于热量较大, 对薄板件造成的变形是比较严重的, 应尽量限制使用。MIG焊主要是用于车身部分搭接接头处的补焊和填充焊, 以氢弧焊比较常见。氢弧焊的焊接变形较小, 焊后比较容易打磨以保证外观质量。其它电弧焊焊接方法和气焊一般不用于车身装焊。) e. 2.4.2 装焊工艺)

装焊时一般是先在夹具上进行定位预焊一些焊点, 然后取出在夹具下完成所有焊点的焊接。定位预焊是使焊件具有一定的工艺刚度和保持零件之间的相互位置, 减小变形。不论是定位预焊还是夹具下点焊都要按照合理的顺序进行。在工艺规程
1 H3 R( c* ~) l$ w# `: J- h& }上对焊点位置、数量、间距和点焊顺序都应明确规定, 并且要求操作者严格执行, 从而获得较小的和稳定的焊接变形。自动化生产线采用机器人焊接或自动焊枪焊接, 不仅手工焊钳难以点焊的部位可以点焊, 而且焊点的距离均匀, 点焊顺序稳定, 能够最大限度地减小装焊变形, 并且焊接变形也非常稳定和容易进行控制。2 p" I# u/ K" |  {3 D2 r
2.4.3 焊接规范3 I% }

汽车点焊一般采用强规范, 即采用大电流和短时间焊接, 使薄板件的焊接变形较小。对于CO2焊和氢弧焊, 在保证接头强度和性能的前提下, 应尽量减小焊缝的线能量。无论哪种焊接方法都应采用比较稳定的焊接规范。
2.4.4 零件引起的焊接变形4
汽车装焊时一般不希望有较大的强制变形量,在试生产夹具调试阶段和正常批量生产时都应尽量减小和避免这种变形, 所以必须对零件的尺寸精度严加控制, 同时对组件、分总成的精度也要严格保证与控制, 如果组合件和分总成产生了变形, 对总成变形的影响比零件更大。焊接夹具设计时, 各定位、夹紧装置在装夹零件或组焊件时所分配的收缩量和夹紧力与结构实际装焊中各部位的收缩余量和所需夹紧力并非完全一致, 因此要通过装焊过程分析对夹具进行调整, 以减小焊接变形。1 b" c! }( a% W- _3 K; M- 2.4.5 操作过程中的变形'

一个小总成焊好, 从夹具中取出, 再放人另一个夹具中装焊。在这一系列装夹取放过程中, 不可避免地会产生一定的变形, 造成装焊误差。这种装焊误差一般属于随机误差, 要尽量避免。为保证质量,装焊工作全部在随行夹具上进行, 当工件装焊完成后, 工件与随行夹具一齐传送到下一工位, 全部工作完成后, 工件吊离夹具, 空夹具继续作用。随行夹具不仅有利于零、组件定位基准的统一, 而且由于取消了工件重复装夹取放的过程, 减少了操作过程中所引起的变形, 并加快生产节拍其缺点主要是成本较高, 手工焊钳在随行夹具上有些焊点往往达不到。它主要适用于自动化点焊, 可以根据需要部分采用随行夹具。

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3 结论

整个汽车装焊过程是一个既具有静态又具有动态的复杂的系统。汽车装焊有其内在的规律, 就是影响装焊质量的各个因素与装焊质量之间以及各因素之间所具有的本质的必然的联系。要保证良好的车身装焊质量, 从产品开发设计直至生产出成品的一系列环节和过程, 都必须进行综合的控制。只有掌握汽车装焊内在规律, 采用先进的技术管理方法、质量管理方法和质量检测手段, 有效地控制汽车装焊误差, 才能提高汽车装焊质量。

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