汽車車身焊接工藝設(shè)計解讀

1、淺析汽車車身的焊接工藝設(shè)計在 汽車廠中，焊接生產(chǎn)線相對于涂裝線和總裝線來說，剛性強(qiáng)，多品種車型的通用性差，每更新?lián)Q代一種車型，均需要更新車間大量專用設(shè)備和生產(chǎn)工藝。焊接工藝設(shè) 計可以稱得上是焊接生產(chǎn)線的“靈魂”，涉及的專業(yè)知識較多，如機(jī)械化、電控、非標(biāo)設(shè)備、建筑、結(jié)構(gòu)、水道、暖通、動力、電氣、計算機(jī)、環(huán)保和通訊等，從宏觀上決定車間的工藝水平、物流、投資和預(yù)留發(fā)展，具體決定著生產(chǎn)線的工藝設(shè)備種類和數(shù)量、夾具形式、物流工位器具形式、機(jī)械化輸送方式及控制模式等。因此，焊接工藝設(shè)計在焊接生產(chǎn)線的開發(fā)中占有舉足輕重的地位，是產(chǎn)生高性價比焊接生產(chǎn)線 的關(guān)鍵。1、車身焊接工藝設(shè)計的前提條件1.1產(chǎn)品資料a.

2、 產(chǎn)品的數(shù)學(xué)模型（簡 稱數(shù)模）。在汽車制造行業(yè)中，一般情況下用UG,Catia,ProE等三維軟件均能打開數(shù)模（如圖 1），并在其中獲取數(shù)據(jù)或進(jìn)行深人 的工作。在工藝設(shè)計 過程中，將所有數(shù)模裝配在一起就構(gòu)成了一個整車數(shù)模，從數(shù) 模中可以獲得零部件的結(jié)構(gòu)尺寸、位置關(guān)系。由數(shù)模還可以生成整車、分總成、沖壓 件的各種視圖（包 括軸測圖），以及可以輸出剖面圖。圖1白車身數(shù)模（舉例）b. 全套產(chǎn)品圖紙。c. 樣車、樣件（包括整車車身總成、各大總成、分總成和沖壓件）d. 產(chǎn)品零部件明細(xì)表（包括各部件的名稱、編號，沖壓件的名稱、編號、數(shù)量， 標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格、數(shù)量）。工藝設(shè)計時，業(yè)主必須提供上述 a、b、c中至

3、少1項，d項可以從前3項中分析 出來，正常狀態(tài)下d項（如圖2）早在汽車設(shè)計結(jié)束時就已經(jīng)確定了。如果僅提供 b 項，那么需要增加大量的車身拆解、分析工作。白手爲(wèi)昏架息詵 '左f右繭真門總戒一 5100i6o/2flq 充/右肯鬪門總琨 6200欣新200牽引掛鉤 刃【00宅背門較竝軸 左/K后孫燈內(nèi)限位芟架組件6110100/20（r回 1010占平営分息膠7moso左/右后尾燈6110107T01i”； h吁Q371O65701011平頭螺釘5701013車身總感5000010'&12flQ0dX）. 一"蠱曲機(jī)申總呢琵/右呂亳揮了卜喂療比架1?0101/10

4、2左/右配尋燈下變聲總成84O1O2Q跖 07Q.P80-岌前機(jī)罩左/若魏建總成嗣02250/2甜一購Q3415S"前照燈固定眾總成 8401021 奩嚴(yán)有的強(qiáng)汀上支栗 84Q1022/XM3靜門左/右燈支彈6301128/129胃門外覘6301221史右翼子檢 總卿咖I 二'U32DO6定背門號朮6KW100j6301221總營門勢堆益成1背'】疙4：燈唱尢強(qiáng)祓630122063O11JM35WTO IS：前門內(nèi)塩5401 機(jī) 4 triE-右撚桿加強(qiáng)衽630M如進(jìn)WHSSiSS""63OIU1輦背門內(nèi)甌總慮I1后貨匚匕扣拙主6301120630

5、1160觀2白車妄矮配關(guān)索（舉例1.2工廠設(shè)計的參數(shù)工廠設(shè)計的參數(shù)包括以下幾方面：a. 生產(chǎn)綱領(lǐng)即年產(chǎn)量；b. 年時基數(shù)即生產(chǎn)班次、生產(chǎn)線的利用率等；c. 生產(chǎn)線的自動化程度（機(jī)器人+自動焊鉗焊點數(shù)/全車身焊點數(shù)x 100%=自動化率）；d. 生產(chǎn)線的工藝水平要求（如主要設(shè)備選用原則、生產(chǎn)線的輸送方式，電氣控制水平等）；e. 各種材料、外購件的選用原則（如型材、控制元件、氣動元件、電機(jī)、減速器）；f. 各種公用動力介質(zhì)的供應(yīng)方式、能力、品質(zhì)等參數(shù)，建廠所在地的環(huán)境狀況如溫度、濕度等；g. 當(dāng)生產(chǎn)線布置在原有廠房內(nèi)時，應(yīng)收集原有房的土建、公用有關(guān)資料，如廠房柱頂標(biāo)高、屋架承載能力、電力和動力介質(zhì)

6、的余富程度等。2、工藝分析2.1工藝線路分析根據(jù)業(yè)主提供的產(chǎn)品資料進(jìn)行產(chǎn)品工藝線路分析（如業(yè)主僅提供樣車及樣件則需經(jīng)過樣車分析-樣車拆解一樣車測量一樣車再裝配過程），完成裝焊工藝線路圖或爆炸圖設(shè)計。2.1.1產(chǎn)品分塊同類型車身的分塊基本相 同（一般車身均由地板、側(cè)圍、前/后圍、門、頂蓋等大總成組成），但各總成之間的連接方式及順序往往有較大區(qū)別，合理的分塊才能保證車身的裝配和焊接。例女口，解放平頭駕駛室的裝配順序就比較特殊，先形成側(cè)后 圍焊接總成（左/右側(cè)圍與后圍形成焊接總成），而后形成駕駛室總成。2.1.2確定基準(zhǔn)整個車身的設(shè)計、制造、檢驗均建立在同一坐標(biāo)系上，在車身設(shè)計時一般 已經(jīng)考慮到裝配

7、、焊接、總裝配和搬運(yùn)過程中所需的基準(zhǔn)（孔、面），車身裝 焊的整個過程必須建立在一定的基準(zhǔn)上才能保證整車的幾何形狀和尺寸，同時這些基準(zhǔn)也是夾具設(shè)計、制造、調(diào)整、檢測和維修的基準(zhǔn)。確定基準(zhǔn)時應(yīng)注 意以下幾個方面：a. 基準(zhǔn)的統(tǒng)一性，在焊接過程中基準(zhǔn)是逐步傳遞的；b. 基準(zhǔn)應(yīng)便于測量；c. 基準(zhǔn)應(yīng)保證零件的準(zhǔn)確定位；d. 基準(zhǔn)應(yīng)考慮便于焊接操作。2.1.3確定車身裝配的幾何精度及檢測的基準(zhǔn)面幾何基準(zhǔn)是零件或部件的某個明顯部位，用來確定該零部件在X,Y,Z坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的理論位置；準(zhǔn)確的部件基準(zhǔn)位置用以保證裝配的幾何形狀的準(zhǔn)確性， 因此基準(zhǔn)位置對裝配工作非常重要，在研究焊接過程之前需要仔細(xì)分析部件的 基準(zhǔn)

8、，必須與用戶一起完成幾何形狀的分析，由用戶確定其基準(zhǔn)位置、或由設(shè) 計人員確定后再取得用戶同意。為了使這些基準(zhǔn)能一直保持準(zhǔn)確，在夾具制造與安裝調(diào)試過程中必須嚴(yán)格 控制以下幾方面。a.在制造焊裝夾具時進(jìn)行調(diào)整（檢測）；b.在生產(chǎn)時，對裝 配好的部件的最后幾何尺寸進(jìn)行校核；C.在維修裝焊夾具時進(jìn)行檢測。2.1.4確定裝配順序車身的每個沖壓件、分總成和總成都是按照嚴(yán)格的順序進(jìn)行組裝、焊接從 而完成整個車身焊接的，每個零件的裝配順序必須保證能完成全部焊接工作且 便于焊接。2.1.5焊點分析表明焊點的主要參數(shù)（焊點的數(shù)量、位置、幅度、重要程度）是產(chǎn)品設(shè)計 時決定的，但目前部分業(yè)主僅提供產(chǎn)品數(shù)模而沒有產(chǎn)品圖

9、紙。這時，焊點的主 要參數(shù)需要工藝設(shè)計人員確定。2.1.5.1定形焊點的確定相對復(fù)雜的工件之間的焊 接，往往需經(jīng)過組裝、補(bǔ)焊的過程完成。在組裝 工位，由于生產(chǎn)節(jié)拍限制、設(shè)備數(shù)量布置空間需要和夾具有效空間占用等原因， 不可能完成全部焊接工作，但必須完成部分焊點，這些焊點應(yīng)能保證工件離開夾具時的形狀尺寸，這部分焊點稱為定形焊點，一般情況下定形焊點占總焊 接點數(shù)的1/3左右。2.1.5.2焊點分組車身每個總成上都要完成許多焊點，在編制工藝時必須對焊點進(jìn)行分組， 即將1把焊鉗在1個工作節(jié)拍內(nèi)完成的焊點分為1個焊點組。2.1.5.3焊鉗初步選型焊點分組工作完成后即可進(jìn)行焊鉗選型，確定焊點組的數(shù)量即焊鉗的

10、最小 數(shù)量，根據(jù)工件的形狀及尺寸確定焊鉗的形式（X形,C形）及喉深、開檔、行 程、電極形狀，焊鉗的吊掛形式（橫吊、縱吊、轉(zhuǎn)環(huán)）根據(jù)焊點位置和操作位 置確定。焊鉗型號的確定要在夾具總圖設(shè)計完成之后，根據(jù)選定的焊鉗制造商提供的型譜進(jìn)行焊鉗型號的選擇，對于在型譜中找不到合適焊鉗焊接的焊 點，需要重新設(shè)計焊鉗與之匹配。2.2編制工藝過程卡在具備前提條件下，經(jīng)過工藝分析，就可以開始編制裝焊工藝過程卡。工 藝過程卡是裝焊線設(shè)計、制造和調(diào)試整個過程的指導(dǎo)性文件，是裝焊線全部工 作的基礎(chǔ)，裝焊工藝過程卡的編制深度和質(zhì)量對裝焊線設(shè)計、制造。調(diào)試整個 過程的質(zhì)量甚至成敗起決定性作用。2.2.1生產(chǎn)節(jié)拍一般生產(chǎn)節(jié)拍

11、可按式（1）計算：T節(jié)=全年工作日x每日班次x每班工時xK1 xK/年綱領(lǐng)（1）式中，K為工時利用率，一般取0.9 ; &為設(shè)備利用率， 一般取 0.8-0.9 。2.2.2工位設(shè)置及工位生產(chǎn)周期工位是構(gòu)成生產(chǎn)線的基本單元，工位生產(chǎn)周期必須小于或等于生產(chǎn)線節(jié) 拍。工位生產(chǎn)周期是從待焊接零部件上料（裝件）開始到完成本工位全部作業(yè) 并將工件取出的整個過程時間，同時應(yīng)考慮工時利用率及設(shè)備利用率。工位生產(chǎn)周期與操作工人的熟練程度有很大關(guān)系，一般準(zhǔn)確的工位生產(chǎn)周期需由實 測確定，工藝設(shè)計舊寸應(yīng)使所有工位的工位生產(chǎn)周期盡可能相等并接近生產(chǎn)節(jié)拍。2.2.3工作密度工作密度是指一個工位上設(shè)置的焊接設(shè)備

12、數(shù)量及操作工人數(shù)量，主要由工 件外形尺寸、焊接工藝方法和焊接工作量決定。a. 按工件外形尺寸決定工作密度。外形尺寸小于1000 mmxl500 mn，工作密度取1;外形尺寸小于2 000 mmxl 500 mm工作密度取1-2 ;外形尺寸小于3 000 mmX1500 mn，工作密度取2-3 ； 外形尺寸小于6 000 mmx 1 500 mm，工作密度取3-4.b. 按照焊接工作量和生產(chǎn)節(jié)拍確定工作密度。2.2.4工時定額估算工時定額=焊接工作時間+輔助工作時間每一工位或工序的時間定額一般由裝件、夾具動作夾緊、焊接、松開夾具 和將工件送至下一工位的時間累計構(gòu)成，也可用焊接時間放大而得出，即概

13、算 定額，工序時間定額（工時）二焊接工作量寧焊接速度 xK。以下是幾種焊接方法焊接速度的一般狀況估算值，其焊接速度與焊點及焊 縫的間距、分布、焊鉗及焊槍的接近性、工人操作難易程度等有一定的關(guān)系， 故僅供工藝編制參考。a.手工焊鉗點焊15點/min;b 機(jī)械手焊鉗點焊20點 /min ; c.C0 2半自動焊 300 mm/min ; d.機(jī)械手 C02 自動焊 400 mm/min; e.螺 柱焊（手工8個/min; f.凸焊螺母（手工）3個/min; g.銅釬焊100 mm/min。2.2:5工藝卡的內(nèi)容a.焊件（總成或合件）簡圖一般為軸測圖（立體圖），圖中：應(yīng)標(biāo)出進(jìn)入 裝配沖壓零件的名稱、

14、圖號及數(shù)量；同時要標(biāo)出焊點的位置、數(shù)量，甚至施焊 的順序；各種標(biāo)準(zhǔn)件如螺母、螺柱、支架等位置、數(shù)量及焊接方法。b二工藝過程描述：從工件（零、合件）的裝入、定位夾緊、焊接及焊后 將合件送往下工序的整個過程，按先后順序既簡單又全面的描述。c. 工序所采用的夾具、設(shè)備、輔具及工具的名稱、編號及數(shù)量作定性及定 量分析。d. 給出工序的時間定額，甚至分每一工步給出，而工時的確定有如下幾種 方法：憑經(jīng)驗；采用人工模仿，秒表測定；計算機(jī)仿真。2.2.6工藝卡的格式工藝卡格式見焊接工藝卡附表（如表1）。丄序內(nèi)吝TH1la 柞 t*i 人數(shù)"6按赳誼 AA/W*t(5 MN數(shù)血言邑"iPMT

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16、祁神業(yè)士期盤按啜必卷我in已】227工藝卡編制的工作量以三廂轎車為例估算：簡圖約100張，工藝卡約200張，需要3個有經(jīng)驗的能夠獨(dú)立工作的技術(shù)人員花兩個月的時間完成。3、工藝設(shè)計工藝設(shè)計是焊接生產(chǎn)線設(shè)計的基礎(chǔ)，其他專業(yè)（機(jī)械化、非標(biāo)設(shè)備、土建、公用、 電控）設(shè)計均以工藝設(shè)計文件為指導(dǎo)，工藝設(shè)計文件的深度必須滿足相關(guān)專業(yè)的設(shè)計 需要。工藝設(shè)計文件一般包括以下內(nèi)容。3.1工藝設(shè)備安裝圖標(biāo)明工藝設(shè)備安裝位置、設(shè)備外形、編號，原材料、半成品、成品存放地及通道, 工人操作位置，預(yù)留面積（如果有），起重設(shè)備質(zhì)量、跨度、軌道線，機(jī)械化運(yùn)輸懸鏈、單軌等的范圍軌跡，水、電、氣供應(yīng)點及局部通風(fēng)位置的坐標(biāo)等。3.2

17、設(shè)備明細(xì)表3.3焊機(jī)、時控箱布置圖表示焊機(jī)、時控箱及相關(guān)設(shè)備的型號、數(shù)量、安裝位置、安裝方式、接管尺寸等 內(nèi)容，供公用各專業(yè)設(shè)計支管線和焊機(jī)、時控箱安裝時使用。簡單的裝焊線可直接在 車間工藝設(shè)備安裝圖中表示。3.4焊鉗、平衡器布置圖表示焊鉗、平衡器的型號、數(shù)量、安裝位置、吊掛方式，供焊鉗安裝使用。簡單 的裝焊線可直接在車間工藝平面圖中表示。3.5滑軌、滑車布置圖表示滑軌型號、長度位置，滑車形式、尺寸、位置、數(shù)量，供機(jī)械化專業(yè)設(shè)計滑 軌、滑車安裝圖使用。簡單的裝焊線可直接在車間工藝設(shè)備安裝圖中表示。3.6標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備訂貨任務(wù)書3.7非標(biāo)設(shè)備設(shè)計任務(wù)書說明對機(jī)械化運(yùn)輸方式的要求，與機(jī)械化相關(guān)的吊掛要求

18、，設(shè)備長、寬、高及其 技術(shù)要求，工藝參數(shù)，最大工件尺寸、面積和質(zhì)量等。3.8夾具設(shè)計任務(wù)書夾具設(shè)計任務(wù)書（如圖3）是夾具設(shè)計的指導(dǎo)文件，也是夾具最終驗收的依據(jù), 所以夾具任務(wù)書一定要得到甲方的認(rèn)可并簽字。3.8.1編制的前提條件a已編好的工藝卡，認(rèn)為確實可行并得到用戶的認(rèn)可b. 按合同與業(yè)主商定的技術(shù)條件，如手動或氣動，外購件的來源等。382編制步驟a. 根據(jù)工藝卡了解裝配順序、焊接順序、焊鉗類型、操作位置來確定工件的位置, 以及工作臺面的高度，同時確定臺面是固定或是可旋轉(zhuǎn)（水平或垂直），是否需要帶 舉升取件的裝置。b. 確定進(jìn)人裝配的零部件定位及夾緊點，并表示出來，給出序號。c. 確定定位銷

19、及支承夾緊器的形式，并將斷面圖畫出。d. 確定測量點及計算出其數(shù)據(jù)（理論數(shù)據(jù)）。3.9檢具設(shè)計任務(wù)書3.10工位器具設(shè)計任務(wù)書工位器具設(shè)計任務(wù)書是工位器具設(shè)計的指導(dǎo)文件，也是工位器具最終驗收的依據(jù);工位器具任務(wù)書必須符合設(shè)計深度要求，必須經(jīng)業(yè)主簽字確認(rèn)后方可進(jìn)行工位器具設(shè) 計。說明放置工件的名稱、編號、數(shù)量，工件放置形式、運(yùn)輸形式，必要時畫出簡圖 及注明尺寸。3.11公用管道司令圖用以指導(dǎo)廠房管線設(shè)計的管線總體布置：規(guī)劃圖，避免管線之間或管線與建筑物/構(gòu)筑物之間直接相碰或不滿足規(guī)定的安全距離要求。3.12車間土建資料3.13車間公用資料4、工藝設(shè)計的主要注意事項a. 汽車車身在裝焊過程中，合理

20、分塊非常重要，而車身總成的分塊大體相同，但 往往對頭接縫處有所變化，要認(rèn)真分析。分塊決定夾具的套數(shù)、工藝流程，是工藝設(shè) 計的第一步。b. 工藝設(shè)計不能只顧眼前， 應(yīng)該遠(yuǎn)近結(jié)合、滾動發(fā)展，做到近期合理、遠(yuǎn)期可行。c. 要充分考慮混線生產(chǎn)的可能性，在夾具設(shè)計任務(wù)書和工藝設(shè)備選型上盡可能柔 性化。d. 生產(chǎn)方式盡可能精益，盡量減少在制品存放，大型外覆蓋件的物流盡量短；靈 活布局車間內(nèi)的各條生產(chǎn)線，使各生產(chǎn)線之間工件輸送及與其他車間的銜接盡量短 捷、順暢，提高生產(chǎn)效率。e. 生產(chǎn)線的布置要考慮空中機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)備和水、電、氣管線布置流暢。f. 小件生產(chǎn)盡量集中布置，提高設(shè)備利用率。按照工藝流程在線旁布置小件的模 式，從節(jié)約成本的角度看是不可取的。g. 焊鉗的選型不容易做好，在焊接生產(chǎn)線調(diào)試過程中更換5%的焊鉗是比較低的，故需要進(jìn)行三維焊鉗與夾具的焊接過程動態(tài)模擬，提高選型準(zhǔn)確性。h. 有條件的項目建議應(yīng)用數(shù)字化工廠軟件虛擬焊接車間，將以往設(shè)計中不宜發(fā)現(xiàn) 的問題經(jīng)過計算機(jī)仿真，較早地被發(fā)現(xiàn)和解決，提高設(shè)計方案、圖紙的準(zhǔn)確性和節(jié)拍 平衡。i:工藝設(shè)計不能脫離生產(chǎn)管理系統(tǒng)，計算