汽車車身焊接工藝設(shè)計(jì)

1、 綿陽理工學(xué)院汽車工程培訓(xùn)淺析汽車車身的焊接工藝設(shè)計(jì) 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(jì)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(dòng)力、電氣、計(jì)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(jì)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(jià)比焊接生產(chǎn)線的關(guān)鍵。1、車身焊接工藝設(shè)

2、計(jì)的前提條件1.1產(chǎn)品資料a.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(jì) 過程中，將所有數(shù)模裝配在一起就構(gòu)成了一個(gè)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。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(jì)時(shí)，業(yè)主必須提供上述a、b、c中至少1項(xiàng)，d

3、項(xiàng)可以從前3項(xiàng)中分析出來，正常狀態(tài)下d項(xiàng)（如圖2）早在汽車設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)就已經(jīng)確定了。如果僅提供b項(xiàng)，那么需要增加大量的車身拆解、分析工作。1.2工廠設(shè)計(jì)的參數(shù)工廠設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)化程度（機(jī)器人自動(dòng)焊鉗焊點(diǎn)數(shù)全車身焊點(diǎn)數(shù)x 100%=自動(dòng)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(dòng)元件、電機(jī)、減速器）；f.各種公用動(dòng)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

4、房內(nèi)時(shí)，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(dòng)力介質(zhì)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樣車測量樣車再裝配過程），完成裝焊工藝線路圖或爆炸圖設(shè)計(jì)。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 如，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(gè)車

5、身的設(shè)計(jì)、制造、 檢驗(yàn)均建立在同一坐標(biāo)系上，在車身設(shè)計(jì)時(shí)一般已經(jīng)考慮到裝配、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(gè)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(shí)這些基準(zhǔn)也是夾具設(shè)計(jì)、制造、調(diào)整、檢測和維修的基準(zhǔn)。確定基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)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(gè)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

6、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)，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(jì)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(shí)進(jìn)行調(diào)整（檢測）；b.在生產(chǎn)時(shí)，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(shí)進(jìn)行檢測。2.1.4確定裝配順序車身的每個(gè)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(gè)車身焊接的，每個(gè)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(diǎn)分析表明焊點(diǎn)的主要參數(shù)（焊點(diǎn)的數(shù)量、位置、幅度、重要程度）是產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)決

7、定的，但目前部分業(yè)主僅提供產(chǎn)品數(shù)模而沒有產(chǎn)品圖紙。這時(shí)，焊點(diǎn)的主要參數(shù)需要工藝設(shè)計(jì)人員確定。2.1.5.1定形焊點(diǎn)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(diǎn)，這些焊點(diǎn)應(yīng)能保證工件離開夾具時(shí)的形狀尺寸，這部分焊點(diǎn)稱為定形焊點(diǎn)，一般情況下定形焊點(diǎn)占總焊接點(diǎn)數(shù)的1/3左右。2.1.5.2焊點(diǎn)分組車身每個(gè)總成上都要完成許多焊點(diǎn)，在編制工藝時(shí)必須對焊點(diǎn)進(jìn)行分組，即將1把焊鉗在1個(gè)工作節(jié)拍內(nèi)完成的焊點(diǎn)分為1個(gè)焊點(diǎn)組。2.1.5.3焊鉗初步選型焊點(diǎn)分組工作完成后即可

8、進(jìn)行焊鉗選型，確定焊點(diǎn)組的數(shù)量即焊鉗的最小數(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(diǎn)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(jì)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(diǎn)，需要重新設(shè)計(jì)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(jì)、制造和調(diào)試整個(gè)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(jì)、制造。調(diào)試整個(gè)過程的質(zhì)量甚至成敗起決定性作用。2

9、.2.1生產(chǎn)節(jié)拍一般生產(chǎn)節(jié)拍可按式（1)計(jì)算：T節(jié)全年工作日x每日班次x每班工時(shí)xK1 xK2/年綱領(lǐng)（1）式中，K1 為工時(shí)利用率，一般取 0.9；K2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(gè)過程時(shí)間，同時(shí)應(yīng)考 慮工時(shí)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(shí)測確定，工藝設(shè)計(jì)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(gè)工

10、位上設(shè)置的焊接設(shè)備數(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 mmxl 500 mm，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 mmx 1500 mm，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(shí)定額估算工時(shí)定額焊接工作時(shí)間輔助工作時(shí)間每一工位或工序的時(shí)間定額一般由裝件、夾具動(dòng)作夾緊、焊接、松開夾具和將工件送至下一工位的時(shí)間累計(jì)構(gòu)成，也可用焊接時(shí)間放大而得出

11、，即概算定額，工序時(shí)間定額（工時(shí)）焊接工作量÷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(diǎn)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(diǎn)焊15點(diǎn)/min;b機(jī)械手焊鉗點(diǎn)焊20點(diǎn)/min ; c.C02半自動(dòng)焊300 mm/min ; d.機(jī)械手C02自動(dòng)焊400 mm/min; e.螺柱焊（手工8 個(gè)/min; f.凸焊螺母（手工）3個(gè)/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、圖號及數(shù)

12、量；同時(shí)要標(biāo)出焊點(diǎn)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(gè)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(shí)間定額，甚至分每一工步給出，而工時(shí)的確定有如下幾種方法：憑經(jīng)驗(yàn)；采用人工模仿，秒表測定；計(jì)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）。2.2.7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(gè)有經(jīng)驗(yàn)的能夠獨(dú)立工作的技術(shù)人員花兩個(gè)月

13、的時(shí)間完成。3、工藝設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)是焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)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(jì)均以工藝設(shè)計(jì)文件為指導(dǎo)，工藝設(shè)計(jì)文件的深度必須滿足相關(guān)專業(yè)的設(shè)計(jì)需要。工藝設(shè)計(jì)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(diǎn)及局部通風(fēng)位置的坐標(biāo)等。3.2設(shè)備明細(xì)表3.3焊機(jī)、時(shí)控箱布置圖表示焊機(jī)、時(shí)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(jì)支管線和焊機(jī)、時(shí)控箱安裝時(shí)使用。簡

14、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(jì)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(jì)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，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(jì)任務(wù)書夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書（如圖3）是夾具設(shè)計(jì)的指導(dǎo)文件，也是夾具最終驗(yàn)收的依據(jù)，所以夾具任

15、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(shí)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(dòng)或氣動(dòng)，外購件的來源等。3.8.2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(shí)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(diǎn)，并表示出來，給出序號。c.確定定位銷及支承夾緊器的形式，并將斷面圖畫出。d.確定測量點(diǎn)及計(jì)算出其數(shù)據(jù)（理論數(shù)據(jù)）。3.9檢具設(shè)計(jì)任務(wù)書3.10工位器具設(shè)計(jì)任務(wù)書工位器具設(shè)計(jì)任務(wù)書是工位器具設(shè)計(jì)的指導(dǎo)文件，也是工位

16、器具最終驗(yàn)收的依據(jù)；工位器具任務(wù)書必須符合設(shè)計(jì)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(jì)。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(shí)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(jì)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(jì)的主要注意事項(xiàng)a.汽車車身在裝焊過程中，合理分塊非常重要，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(jì)的第一步。b.工藝設(shè)計(jì)不能只顧眼前，應(yīng)該遠(yuǎn)近結(jié)合、滾動(dòng)發(fā)展，做到近

17、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(jì)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(dòng)態(tài)模擬，提高選型準(zhǔn)確性。h.有條件的項(xiàng)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(jì)中不宜發(fā)現(xiàn)的問題經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真，較早地被發(fā)現(xiàn)和解決，提高設(shè)計(jì)方案、圖紙的準(zhǔn)確性和節(jié)拍平衡。i: 工藝設(shè)計(jì)不能脫離生產(chǎn)管理系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在那些工位取得生產(chǎn)