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本科學生畢業(yè)設計 轎車前門內(nèi)板焊裝夾具設計 系部名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程 B07-2 班 學生姓名： 姜巖 指導教師： 石美玉 職 稱： 教授 黑 龍 江 工 程 學 院 二一一年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree Design of Automobiles Front Door Inner Panel Welding-Installation Fixtures Candidate：Jiang Yan Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-2 Supervisor：professor. Shi Meiyu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 I 摘 要 焊裝是汽車制造的四大工藝之一，焊裝生產(chǎn)系統(tǒng)的快速高效建造是汽車制造業(yè)快 速響應市場需求的重要條件之一。夾具在汽車焊裝線上占有相當大的比例，它的設計 制造精度和進度直接影響汽車的制造精度和生產(chǎn)周期。 以車門為例，車門內(nèi)板的焊裝質(zhì)量更直接地影響整個車身的裝配精度，這只能用 合格的焊裝夾具來解決。針對轎車前車門內(nèi)板焊裝夾具的設計任務書，研究了車門的 結構和裝配特點，制定了焊裝生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝流程。根據(jù)汽車焊裝夾具的設計原理及 焊裝精度控制方法，系統(tǒng)的進行了轎車前門內(nèi)板焊裝夾具的設計。通過對車門內(nèi)板焊 裝工藝的分析，設計了基板、安裝板、連接板、定位元件、夾緊機構、旋轉機構，合 理的選配了氣缸、L 型板、圓柱銷與菱形銷。利用零件本身沖壓出來的凸臺和凹坑進 行定位，氣動夾緊機構進行夾緊，完成了門窗加強板、防撞桿、車門內(nèi)板三個件焊裝 夾具的總體設計。 關鍵詞：車門內(nèi)板；焊裝夾具；連接板；夾緊機構；防撞桿 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 II ABSTRACT Welding assembly is one of the four techniques used by automotive manufacturing industry. Effective and rapid development of its production system means one of important conditions for the industrys quick satisfaction to market demand. Clamps are extensively used in the welding assembly, its precision and progress can directly affect automotive manufacturing precision and production period. The door, for example, the welding quality of inner door panels directly affects the entire bodys assembly accuracy, which only can be resolved by qualified welding fixture. Based on the assignment of the design of automobiles front door inner panel welding- installation, I researched the vehicle structure and assembly characteristics, and established welding-installation production systems process. According to the principle of designing automobile and the method of controlling welding assembling accuracy , automobiles front door inner panel welding-installation was systematically designed . After analyzing the welding process of door inner plate, designing substrate, install board ,connection board, positioning original, clamping institution , rotating mechanism, I choosed the appropriate cylinder、L board 、cylindrical pin and diamond pin. Positioned by pits and bosses on the parts stamped by their own and clamped by pneumatic clamping mechanism， the designs of welding assembling fixture of windows reinforcing plate、impact-proof stem、automobile inner door panel were completed. Key Words：Inner Door ; Welding Fixture; Connection Board; Clamping Institution; Impact-Proof Stem 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘要 .I Abstract.II 第 1 章 緒論 .1 1.1 目的及意義 .1 1.2 汽車制造業(yè)與車身制造的關系 .1 1.3 汽車焊裝夾具在汽車車身制造中的發(fā)展 .2 1.4 國內(nèi)外汽車焊裝夾具的發(fā)展現(xiàn)狀 .3 1.5 車門內(nèi)板焊裝夾具的技術要求及設計內(nèi)容 .3 第 2 章 汽車車身焊裝技術 .4 2.1 白車身的概念 .4 2.2 車身尺寸偏差的形成 .5 2.3 車身焊裝工藝設計 .6 2.3.1 流程圖設計 .7 2.3.2 焊點描述 .8 2.3.3 焊鉗的選型 .8 2.3.4 焊裝工藝卡 .8 2.3.5 車身的工藝設計應該注意的一些問題 .9 2.4 車身焊裝夾具的結構、定位及夾緊的特點 .9 2.4.1 車身焊裝夾具的結構特點 .9 2.4.2 車身焊裝夾具的定位特點 .9 2.4.3 車身焊裝夾具的夾緊特點 .10 2.5 車身焊裝夾具的精度控制及設計的模塊化 .10 2.5.1 車身焊裝夾具的精度控制 .10 2.5.2 車身焊裝夾具設計的模塊化 .11 2.6 本章小結 .11 第 3 章 車門內(nèi)板焊接設備 .12 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3.1 電阻焊的分類 .12 3.1.1 點焊 .12 3.1.2 縫焊 .13 3.1.3 凸焊 .14 3.1.4 對焊 .14 3.2 電阻焊的優(yōu)缺點 .14 3.2.1 電阻焊的優(yōu)點 .14 3.2.2 電阻焊的缺點 .15 3.3 電阻焊對金屬材料焊接性的要求 .15 3.3.1 金屬材料點焊、縫焊的特點 .15 3.3.2 低碳鋼的焊接 .16 3.4 電阻焊設備 .18 3.4.1 焊機的分類與要求 .18 3.4.2 點焊機 .19 3.4.3 移動式點焊機 .20 3.5 本章小結 .22 第 4 章 轎車車門內(nèi)板焊裝工藝 .23 4.1 前車門結構及其裝配過程 .23 4.1.1 前車門總成及其裝配過程 .23 4.1.2 前車門內(nèi)板總成及其裝配過程 .23 4.2 前車門內(nèi)板的材料 .24 4.2.1 各汽車廠用鋼板型號 .24 4.2.2 車門內(nèi)板材料 .26 4.3 焊接接頭的型式 .26 4.4 焊點的布置原則 .27 4.4.1 焊點的形狀與尺寸 .27 4.4.2 點焊的基本要求 .27 4.4.3 焊點的布置 .28 4.4.4 點焊的順序 .29 4.5 結構的開敞性 .29 4.6 精度的合理性 .29 4.7 本章小結 .30 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 第 5 章 夾具的總體設計 .31 5.1 焊接夾具的分類及設計要求 .31 5.1.1 焊接夾具的分類 .31 5.1.2 焊接夾具的設計要求 .32 5.2 焊接夾具設計流程圖 .32 5.3 定位夾緊元件的設計 .32 5.4 點焊鉗的選擇 .34 5.5 主要零件設計說明 .36 5.5.1 夾緊單元（POST） .36 5.5.2 L-型板 .36 5.5.3 支撐板（連接板） .36 5.5.4 壓頭 .37 5.5.5 夾緊塊 .37 5.5.6 調(diào)整墊片及限位板 .37 5.5.7 定位銷 .38 5.5.8 基板 .38 5.5.9 旋轉機構 .39 5.6 相關計算 .39 5.6.1 壓轉臂張開角計算 .39 5.6.2 氣缸夾緊力計算 .40 5.7 本章小結 .42 結論 .43 參考文獻 .44 致謝 .46 附錄 .47 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 1.1 目的及意義 汽車焊裝夾具多用于焊接薄板，對于薄板沖壓件，夾緊力作用點要作用在支承點 上，只有對剛性很好的工件才允許作用在幾個支承點所組成的平面內(nèi)，以免夾緊力使 工件彎曲或脫離定位基準。夾緊力主要用于保持工件裝配的相對位置，克服工件的彈 性變形，使其與定位支承或導電電極貼合，對于 1.2mm 厚度以下的鋼板，貼合間隙不 大于 0.8mm，每個夾緊點的夾緊力一般在 300-750N 范圍內(nèi)；對于 1.5-2.5mm 之間的 沖壓件，貼合間隙不大于 1.5mm,每個夾緊點的夾緊力在 500-3000N 范圍內(nèi)。因裝夾 是在焊裝夾具上完成的，所以夾具在整個焊接流程中起著重要作用。在焊接過程中， 合理的夾具結構，有利于合理安排流水線生產(chǎn)，便于平衡工位時間，降低非生產(chǎn)用時。 對具有多種車型的企業(yè)，如能科學地考慮共用或混合型夾具，還有利于建造混合型流 水線，提高生產(chǎn)效率。汽車焊裝夾具是對車身沖壓零件進行裝配焊接的專用工藝裝置， 是汽車制造過程中直接影響產(chǎn)量、質(zhì)量的關鍵設備。合理的設計焊裝夾具是保證焊接 質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、減輕工人勞動強度、降低車身制造成本的根本途徑。汽車焊 裝夾具可以保證和提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高裝焊自動化程度。因此 汽車焊裝夾具設計水平的提高成為一個提高汽車制造業(yè)水平的有效途徑，受到國內(nèi)外 汽車行業(yè)的的廣泛關注。保證焊件質(zhì)量，生產(chǎn)效率高，使用安全可靠，制造成本低等 這些要求，在夾具設計時應盡可能的促其實現(xiàn)，實際上這些要求已經(jīng)成為評定夾具設 計優(yōu)劣的標準。總而言之，汽車裝焊夾具在汽車制造技術中處著舉足輕重的地位，因 此設計出合理而先進的焊裝夾具對汽車工業(yè)的發(fā)展有著實際的意義。 1.2 汽車制造業(yè)與車身制造的關系 隨著國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，汽車已一躍成為當前極為重要的交通工具。從全世界 范圍來看，目前還找不出一個無汽車的現(xiàn)代化社會的先例。改革開放以來，我國的汽 車工業(yè)得到較快的發(fā)展，產(chǎn)量，品種，型號日益增多。但由于我國的汽車工業(yè)起步較 晚，集團化程度不高，其產(chǎn)量，質(zhì)量與發(fā)達國家相比還存在較大的差距，因此面臨著 國際汽車發(fā)展浪潮的機遇和壓力。汽車生產(chǎn)制造水平對汽車工業(yè)的發(fā)展起著至關重要 的作用，而汽車產(chǎn)量和質(zhì)量的提高又涉及到眾多的方面，包括原材料，工藝，工裝設 備和管理水平等等。就我國目前汽車生產(chǎn)水平而言，除某些生產(chǎn)廠或合資廠從國外引 進一部分先進技術和工裝設備外，不少生產(chǎn)廠生產(chǎn)制造水平很低。較為突出的是在汽 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 車大型覆蓋件的沖壓工藝及模具，汽車裝焊設備及夾具和胎具，汽車涂裝等生產(chǎn)技術 方面還很落后，它直接影響著生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。尤其是汽車裝焊工藝 方面自動化程度很低，專業(yè)人才緊缺。汽車工業(yè)在帶動其他各行各業(yè)的發(fā)展中，已日 益顯示出極為重要支柱產(chǎn)業(yè)的作用。汽車制造水平對汽車工業(yè)的發(fā)展起著至關重要的 作用，就我國目前的汽車生產(chǎn)水平而言，除了從國外引進的一部分先進技術和工裝設 備外，整體水平還很低，其中較為突出的是在汽車裝焊工藝方面自動化程度比較低。 1.3 汽車焊裝夾具在汽車車身制造中的發(fā)展 汽車車身是汽車的重要組成部分，是整個汽車零部件的載體，它的重量和制造成 本占整車的 4060，它通常是由 300500 多個具有復雜空間曲面的薄板沖壓。 通過裝焊、鉚接和機械聯(lián)接等方法而構成一個完整的車體。其中焊接是最主要的聯(lián)接 方法，它直接影響著車身質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。在生產(chǎn)線上有 200 個左右的裝配工 作站進行大批量、快節(jié)奏的焊裝生產(chǎn)。焊裝夾具(welding fixture)就是為保證焊件尺寸， 提高裝配效率，防止焊接變形所采用的工藝裝備。汽車焊裝結構生產(chǎn)中裝配和焊接是 兩個重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，完成這兩個環(huán)節(jié)的工藝過程離不開裝配夾具和焊裝夾具。焊裝 夾具的種類繁多，因而提高裝配精度焊接質(zhì)量是車身制造的核心工作。在裝焊過程中， 特別是對于具有基準孔的部分，應使用專用夾具或樣板來確定車身的形狀、尺寸和相 互位置，以保證裝配精度。一個完整的轎車裝夾定位點達 17002500 個，焊點多達 30004000 個。其中夾具的定位部分需用車身產(chǎn)品的 CAD 數(shù)模進行數(shù)控加工，使沖 壓件在裝配時很好地與夾具定位面相吻合，以利于焊后的車身符合主模型。因此裝焊 的質(zhì)量主要取決于沖壓件的精度、夾具精度以及操作的正確與否。轎車車身裝配的典 型特征之一是柔性薄板沖壓件多工位焊裝。沖壓件偏差和焊裝夾具是影響車身尺寸質(zhì) 量的主要因素。在焊裝過程中，由于薄板剛性差、易變形，為了保證零部件之間正確 的相對位置和焊接間隙，必須通過焊裝夾具將其固定。為保證白車身裝配尺寸的準確 性，最重要的手段就是正確的工裝定位。汽車焊裝夾具與其他夾具相比，定位單元型 面復雜，精度要求高，設計制造難度大。另外，由于汽車零件尺寸大，定位單元無法 做成整體結構，一般采用獨立的定位板，安裝在整體底板上。在夾具使用過程中，如 果發(fā)生偏移，磨損等現(xiàn)象，將導致零部件扭曲變形，出現(xiàn)定位偏差，引起焊接間隙的 變動，最終導致裝配尺寸誤差和構件受力狀態(tài)的惡化，直接影響到白車身的質(zhì)量。焊 裝夾具的功能是為了實現(xiàn)車身零件的正確匹配，工程上通常從裝配精度、縮短制造周 期和可調(diào)整性等方面來評價汽車焊裝夾具設計的好壞。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 1.4 國內(nèi)外汽車焊裝夾具的發(fā)展現(xiàn)狀 圍繞著提高產(chǎn)品裝配精度這個主題，國內(nèi)外關于焊裝夾具設計的研究主要集中在 工件定位的問題上，即選擇最優(yōu)定位點數(shù)并確定他們的最佳位置，以實現(xiàn)工件正確的 約束定位。另外在此基礎上應考慮更多的實際因素，例如焊接偏差、工具磨損等，作 為新的約束條件來進行更深一步的研究；焊裝夾具可以按照不同的方式來進行分類， 按照設計內(nèi)容包括硬件和軟件的設計，其中硬件包括定位件、夾緊機構、導向裝置和 夾具體。軟件包括安裝調(diào)試手冊、調(diào)整圖等；如果按照設計流程來分，又可以分為概 念設計階段、結構設計階段和詳細優(yōu)化設計階段。在汽車焊接流水線上，真正用于焊 接操作的工作量僅占 30%40%，而 60%70% 的工作是輔助和裝夾。焊裝夾具的技 術水平往往代表著車身制造工藝水平，在現(xiàn)代制造業(yè)中, 夾具已成為保證產(chǎn)品質(zhì)量、 實行全面質(zhì)量管理的重要手段, 在新產(chǎn)品的研制過程中, 夾具對縮短研制周期起著重 要作用。夾具的標準化、精密化和柔性化是夾具發(fā)展的主要趨勢,也是實現(xiàn)產(chǎn)品更新 換代和老產(chǎn)品改造的需要。目前，在汽車制造業(yè)中，車身制造質(zhì)量最好的是日本，其 次是德國和美國，與他們相比，我國在這方面存在著較大差距，而工裝設計制造水平 不高是其中重要的原因。因此提高工裝設計與制造水平特別是焊裝夾具設計與制造水 平是急需解決的問題。 1.5 車門內(nèi)板焊裝夾具的技術要求及設計內(nèi)容 技術要求： 1.設計轎車前門內(nèi)板焊裝夾具； 2.要求：保證加工質(zhì)量，設計標準化、系列化； 3.生產(chǎn)綱領：成批生產(chǎn)。 設計內(nèi)容： 1.選題的背景、目的及意義； 2.焊裝夾具設計方法步驟研究； 3.轎車前門內(nèi)板焊裝工藝分析； 4.焊裝夾具的夾緊位置及定位方式； 5.焊裝夾具結構設計； 6.CAD 繪制夾具圖紙； 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 7.撰寫設計說明書。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 第 2 章 汽車車身焊裝技術 2.1 白車身的概念 車身是轎車的最大總成（各種車型車身占的比例不同） ，重量和制造成本約占整 車的 4060。典型車身通常由 300 多個薄板沖壓件在焊裝夾具上焊接而成，其 中整個車身的裝夾、定位點可達 17002500 個，焊點多達 3500 多個。圖 2.1 所示是 車身裝配的一種多層次體系結構，若干零件經(jīng)過焊裝成為分總成，分總成又成為上一 層裝配中的零件。由于有多極的裝配關系，導致最終的車身與理想的模型有一定的誤 差，歸結原因，車身的尺寸偏差主要來源如下： (1)零部件間的干涉；(2) 工裝、夾具定位的不穩(wěn)定性；(3)沖壓件本身的偏差； (4)焊 裝變形；(5)操作影響。 圖 2.1 車身裝配的多層次體系機構 白車身（Body-in-White）的制造涉及薄板沖壓成形、自動裝配、焊接及檢測多個 領域，其制造質(zhì)量顯著影響到整車的性能，并直接關系到汽車產(chǎn)品的市場競爭力，所 以在很大程度上代表了一個國家的制造水平。車身開發(fā)周期的長短是決定整車競爭力 的大小和成本高低的關鍵因素。國內(nèi)外在汽車車身制造技術也存在著很大的差別，國 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 外領先汽車集團的車身開發(fā)周期在近 10 年來已大幅度縮短，從 20 世紀 90 年代初期， 車身開發(fā)周期需要 34 年，近年已縮短為 1.53 年，10 年間縮短了近一半時間。分 析其原因，國外汽車企業(yè)在車身開發(fā)、制造方面廣泛采用最先進的設計、制造技術， 并對其再進行全新開發(fā)和超前開發(fā)，開發(fā)隊伍及其組織機構的管理模式也發(fā)生了巨大 的變革，使得車身的開發(fā)周期越來越短，創(chuàng)新的車型越來越多。我國汽車工業(yè)隨著多 年發(fā)展已形成相當規(guī)模，但與世界先進水平還有很大差距?，F(xiàn)階段我國車身自主開發(fā) 能力還較弱，很多要參照國外車型的設計思路。還有重要一點就是加工設備的應用相 對落后，而加工直接影響汽車車身制造水平的高低。近年來，我國從國外引進大量先 進設備，汽車車身質(zhì)量水平有了很大提高，許多國內(nèi)設備制造企業(yè)也紛紛引進技術， 購買產(chǎn)品生產(chǎn)專利權及合資合作生產(chǎn)國內(nèi)急需設備，在機械加工、焊接、涂裝等方面 均取得一定進展。但從整體來說，國內(nèi)汽車裝備制造水平尚不能滿足汽車工業(yè)發(fā)展的 需要，因為這種狀況使很多關鍵技術過分依賴國外，在國際競爭中不可避免地被定位 于低端，掌握不了國際競爭的主動權。 2.2 車身尺寸偏差的形成 如圖 2.2 為影響白車身尺寸偏差的主要因素。 零件干涉 模具修磨 沖壓參數(shù) 工件回彈 定位因素 焊接次序 材料性能 焊接規(guī)程 定位元件磨損 夾具設計不合理 定位單元失效 夾緊力影響 運輸 勞動態(tài)度 熟練程度 沖壓尺寸偏差 焊接變形 夾具影響 操作者的影響 白車身尺寸偏差 圖 2.2 影響白車身尺寸偏差的主要因素 車身裝配被認為是具有最小柔性的裝配過程，因為面對車身頻繁的改型，工裝與 夾具必須重新建立模型，修改到產(chǎn)品設計相適應，否則造成大量人力物力的消耗，即 使焊裝夾具準備就緒之后，通常還需要很長一段時間才能完成轎車開發(fā)的最后階段， 這階段包括樣車試制（Pilot Program） 、小規(guī)模試生產(chǎn)（Pro-volume Production） 、生產(chǎn) 啟動（Launch Time）和大規(guī)模生產(chǎn)（Full-Production ） 。 在時序上，樣車試制階段的車身尺寸偏差較大，經(jīng)過小規(guī)模試生產(chǎn)和生產(chǎn)啟動階 段的改進，主要誤差源被消除，尺寸偏差逐漸減小，進入大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)階段。在大 規(guī)模生產(chǎn)階段，尺寸變化的主要原因是工藝過程的變化，最經(jīng)常出現(xiàn)的尺寸變化是均 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 值變動，不規(guī)則跳動及方差的變化，或三者的組合。 從偏差形態(tài)上看，偏差分為平面內(nèi)和非平面內(nèi)的兩種，由于夾緊單元剛性運動的 性質(zhì)引起的偏差是平面內(nèi)的偏差；非平面的偏差來源于沖壓件的變形或焊槍焊接時的 偏差?；谄钤\斷技術的車身尺寸偏差控制是以數(shù)據(jù)驅動質(zhì)量為基本思路，通過偏 差識別和故障診斷快速定位誤差源，一方面縮短大規(guī)模生產(chǎn)時間，較快的進入穩(wěn)定生 產(chǎn)階段，另一方面是最大限度的維持生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定。另外薄板零件偏差和焊槍引起 的裝配尺寸非平面變化，在同一裝配站上多變量測量數(shù)據(jù)也具有較強的相關性。 綜上所述，車身制造偏差控制基本上可分為生產(chǎn)啟動階段和生產(chǎn)過程的偏差控制。 兩者的主要不同是生產(chǎn)啟動階段的故障缺乏穩(wěn)定生產(chǎn)過程的偏差診斷經(jīng)驗知識。 2.3 車身焊裝工藝設計 車身設計應保證汽車具有合理的外部形狀，在汽車行駛時能有效地引導周圍的氣 流，以減少空氣阻力和燃料消耗。此外，車身還應有助于提高汽車行駛穩(wěn)定性和改善 發(fā)動機的冷卻條件，并保證車身內(nèi)部良好的通風。 車身結構主要包括：車身殼體、車門、車窗、車前板制件、車身內(nèi)外裝飾件和車 身附件、座椅以及通風、暖氣、冷氣、空氣調(diào)節(jié)裝置等等。車身殼體是一切車身部件 的安裝基礎，通常是指縱、橫梁和支柱等主要承力元件以及與它們相連接的板件共同 組成的剛性空間結構?？蛙囓嚿矶鄶?shù)具有明顯的骨架，而轎車車身和貨車駕駛室則沒 有明顯的骨架。車身殼體通常還包括在其上敷設的隔音、隔熱、防振、防腐、密封等 材料及涂層。車門通過鉸鏈安裝在車身殼體上，其結構較復雜，是保證車身的使用性 能的重要部件。車身外部裝飾件主要是指裝飾條、車輪裝飾罩、標志、浮雕式文字等 等。散熱器面罩、保險杠、燈具以及后視鏡等附件亦有明顯的裝飾性。 車身附件有：門鎖、門鉸鏈、玻璃升降器、各種密封件、風窗刮水器、風窗洗滌 器、遮陽板、后視鏡、拉手、點煙器、煙灰盒等。在現(xiàn)代汽車上常常裝有無線電收放 機和桿式天線，在有的汽車車身上還裝有無線電話機、電視機或加熱食品的微小爐和 小型電冰箱等附屬設備。 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，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備和生產(chǎn)工藝。焊接工藝 設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，如機械化、電控、 非標設備、建筑、結構、水道、暖通、動力、電氣、計算機、環(huán)保和通訊等，從宏觀 上決定車間的工藝水平、物流、投資和預留發(fā)展，具體決定著生產(chǎn)線的工藝設備種類 和數(shù)量、夾具形式、物流工位器具形式、機械化輸送方式及控制模式等。因此，焊接 工藝設計在焊接生產(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 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 關鍵。如圖 2.3 是焊裝夾具工藝設計流程。 數(shù)模 分總成組合流程圖 夾具清單 焊點描述 樣車產(chǎn)品圖 工件擺放姿態(tài) 焊鉗選型、建模 夾具建模完成 焊接操作檢查 修改焊鉗模型 編制焊裝工藝卡 繪制車身爆炸圖 確定焊裝次序 修改焊裝工藝卡 圖 2.3 焊裝夾具工藝設計流程 2.3.1 流程圖設計 圖 2.4 是焊接流程示意圖，反映得是各沖壓件、標準件及分總成件的數(shù)量、裝焊 次序及流向，是布置工藝平面圖的主要依據(jù)，也是編制工藝卡的重要基礎，它所反映 的夾具數(shù)量是評估整個項目的依據(jù)。因此流程圖的編制初稿是至關重要的。 對于只有數(shù)模與樣車，沒有焊點分布圖的情況，應根據(jù)樣車拆車分析工藝流程： 首先對整車樣車進行整體工藝分析，確定車身組成的幾大部分，側圍、車架地板、發(fā) 動機室、頂蓋及門蓋的大塊劃分范圍，然后依次拆解。樣車拆解過程中，根據(jù)焊點數(shù) 量，由節(jié)拍計算工位數(shù)量。一般而言，人工焊接時，焊接每個點需要 46s/點，具 體情況依焊鉗大小、難易程度、裝件數(shù)量等而定。拆解過程中，逐次分析每個沖壓件、 分總成件的裝焊次序。一般而言，沖壓件從產(chǎn)品開發(fā)就決定了它的裝焊次序，還有一 小部分沖壓件可以靈活改變一下裝焊次序，這就需要我們認真分析，從工裝工作量、 方案設計書、夾具設計實現(xiàn)的難易程度等綜合各方面的因素，確定它的最佳裝焊次序。 從焊接工作內(nèi)容上，原則上點焊與弧焊應分別在不同工位上進行，除非弧焊或點焊工 作量小，并應在夾具方案設計書中提出弧焊防護裝置。 對標準件、膠等內(nèi)容應詳細統(tǒng)計；螺母應區(qū)分粗牙、細牙，類型應注明四角或圓 柱型；螺柱、螺栓應表明外徑及長度；膠應注明類型（膨脹膠、點焊密封膠、防震膠 等） 、長度、寬度等。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 圖 2.4 焊接流程圖 2.3.2 焊點描述 對于焊點要明確出焊點的直徑，焊點與焊點間的距離，不同厚度的板材焊點的直 徑也不同。一般在保證焊縫強度和和技術要求的前提下焊點的距離應盡可能的大些， 因為在焊縫長度一定的范圍內(nèi)，焊點布置的越多，點距越小，分流越大，焊點核心尺 寸減小，反而降低了焊縫的強度。 2.3.3 焊鉗的選型 焊點分組工作完成后即可進行焊鉗選型，確定焊點組的數(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（C 型,X 型）及喉深、開檔、行程、電極形 狀，焊鉗的吊掛形式（橫吊、縱吊、轉環(huán)）根據(jù)焊點位置和操作位置確定。焊鉗型號 的確定要在焊裝夾具總圖設計完成之后，根據(jù)選定的焊鉗制造商提供的實際型譜進行 焊鉗型號的選擇。 2.3.4 焊裝工藝卡 焊裝工藝過程卡是焊裝線設計、制造和調(diào)試整個過程的指導性文件，是焊裝線全 部工作的基礎，焊裝工藝過程卡的編制深度和質(zhì)量對焊裝線設計、制造、調(diào)試整個過 程的質(zhì)量甚至成敗起決定性作用。依據(jù)流程圖，焊接工藝卡要反映各沖壓件、分總成 件、標準件等白車身上一切部件的裝焊、裝配次序，同時要標明焊點位置、數(shù)量、焊 接層數(shù)，并根據(jù)平面圖的規(guī)劃，詳細描述變壓器數(shù)量、焊鉗數(shù)量、類型。焊鉗選型時， 喉深與喉寬除考慮焊接部位外，還應對周圍干涉物、可預見的夾具干涉及焊鉗本身的 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 10 吊環(huán)、氣缸、轉盤等進行考慮。焊鉗型號確定、建模完成后，夾具設計時必須進行復 合校核。夾具建模完成后，還要對焊接操作性行檢查，并相應修改焊鉗模型與工藝卡 內(nèi)容。工藝卡在描述多層焊時焊點應以不同的符號表示不同層數(shù)的焊接。工藝卡還要 對每一動作計算時間，以驗證是否滿足節(jié)拍要求。 2.3.5 車身的工藝設計應該注意的一些問題 (1)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，要認真分析。分塊決定夾具的套數(shù)、工藝流程，是工藝 設計的第一步。 (2)工藝設計不能只顧眼前，應該遠近結合、滾動發(fā)展，做到近期合理、遠期可 行。要充分考慮混線生產(chǎn)的可能性，在夾具設計任務書和工藝設備選型上盡可能柔性 化。 (3)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。 (4)生產(chǎn)線的布置要考慮空中機械化運輸設備和水、電、氣管線布置流暢。 (5)小件生產(chǎn)盡量集中布置，提高設備利用率。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。 (6)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， 故需要進行三維焊鉗與夾具的焊接過程動態(tài)模擬，提高選型準確性。 (7)有條件的項目建議應用數(shù)字化工廠軟件虛擬焊接車間，將以往設計中不宜發(fā) 現(xiàn)的問題經(jīng)過計算機仿真，較早地被發(fā)現(xiàn)和解決，提高設計方案、圖紙的準確性和節(jié) 拍平衡。 (8)工藝設計不能脫離生產(chǎn)管理系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)在那些工位取得生產(chǎn)信息，就 要求在設備定貨技術任務書明確功能及接口條件。 2.4 車身焊裝夾具的結構、定位及夾緊的特點 2.4.1 車身焊裝夾具的結構特點 車身焊裝夾具體積龐大，結構復雜，為了便于制造、裝配、檢測和維修，必須對 夾具結構進行分解，否則，無法進行測量。LG-1 車身總裝夾具有 3 個裝配基準：底 板、左側圍和右側圍，在它們的平面上都加工有基準槽和坐標線，定位夾緊組合單元 按各自的基準槽進行裝配、檢測，最后將 3 大部分組合起來，成為一套完整的夾具。 2.4.2 車身焊裝夾具的定位特點 車身焊裝夾具大都以沖壓件的曲面外型、在曲面上經(jīng)過整形的平臺、拉延和壓彎 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 11 成型的臺階，經(jīng)過修邊的窗口和外部邊緣、裝配用孔和工藝孔定位，這就在很大程度 上決定了它的定位元件形狀比較特殊，很少能用標準元件。在焊裝夾具上要分別對各 被焊工件進行定位，并使其不互相干涉，在設計定位元件時要充分利用工件裝配的相 互依賴關系作為自然的定位支承。有的工件焊接成封閉體，無法設置定位支承，可要 求產(chǎn)品設計時預沖平臺、翻邊作為定位控制點。對于要求不嚴格的裝配，通常不使用 焊裝夾具，取而代之的是裝具。在焊裝夾具上，板狀定位較多，定位板一般用 Q235- A、45 號鋼板等材料，根據(jù)產(chǎn)量不同，板厚為 16、 19、24mm 三種。定位塊間距既要 保證定位精度，又要保證焊鉗伸入的方便性。定位塊按坐標標注尺寸，不注公差。 2.4.3 車身焊裝夾具的夾緊特點 焊接通常在多個個工件間進行，夾緊點一般都比較多，車身沖壓件裝配后，多使 用電阻焊接，電阻焊是一種高效焊接工藝，工件不受扭轉力矩，當工件的重力與點焊 時加壓方向一致，焊接壓力足以克服工件的彈性變形，并仍能保持準確的裝配位置與 定位基準貼合，此時可以省去夾緊機構。為減少裝卸工人的輔助時間，夾緊應采用高 效快速裝置和多點聯(lián)動機構。作用點要作用在支承點上，只有對剛性很好的工件才允 許作用在幾個支承點所組成的平面內(nèi)，以免夾緊力使工件彎曲或脫離定位基準。夾緊 力主要用于保持工件裝配的相對位置，克服工件的彈性變形，使其與定位支承或導電 電極貼合，對于 1.2mm 厚度以下的鋼板，貼合間隙不大于 0.8mm，每個夾緊點的夾 緊力一般在 300-750N 范圍內(nèi)；對于 1.5-2.5mm 之間的沖壓件，貼合間隙不大于 1.5mm,每個夾緊點的夾緊力在 500-3000N 范圍內(nèi)。夾緊器按照夾緊方向有平面、垂 直、45 度夾緊器；按照操作方式有螺栓夾緊、快速夾緊、手柄螺旋夾緊；還有手工、 氣動或液壓。 2.5 車身焊裝夾具的精度控制及設計的模塊化 2.5.1 車身焊裝夾具的精度控制 車身焊接夾具是如何保證車身焊接精度的重要因素，體現(xiàn)在以下幾項中： (1)焊接夾具的定位基準與產(chǎn)品設計基準和裝配基準應重合 這樣可以消除由于基 準不同而產(chǎn)生的尺寸誤差，達到簡化裝配協(xié)調(diào)關系，提高焊接夾具的裝配精度。焊接 夾具通常是先按理論尺寸進行設計和制造，在生產(chǎn)過程中再根據(jù)實際需要的變形量對 夾具進行調(diào)整。為控制車身焊接變形，焊接夾具定位件結構應考慮方便調(diào)整車身焊接 變形和焊接后收縮量的變化。 (2)夾具制造精度應達到設計要求 由于車身焊接夾具制造上的原因，再加上零件 尺寸誤差的因素，在車身試生產(chǎn)前一般都要經(jīng)過夾具的調(diào)試，檢驗夾具能否保證焊接 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 12 精度，對夾具與零件的協(xié)調(diào)性以及對零件之間匹配質(zhì)量進行考核。在夾具的調(diào)試過程 中，凡是發(fā)現(xiàn)影響到車身的后續(xù)焊接、整車裝配、整車外觀質(zhì)量及度，應分析是否會 影響車身匹配誤差。 (3)車身匹配的相關零件尺寸應保證 特別是一些車身匹配重要零件的裝配孔、裝 配面和工藝孔的尺寸必須嚴格控制。值得注意的是，車身匹配的相關零件接一般不希 望也不允許有較大的強制變形。焊裝夾具精度標準由設計單位制定，其中規(guī)定了底板 基準槽和坐線的形態(tài)和精度要求；定位銷和其他定位支承件的尺寸和形位公差要求， 承制單位按要求進行檢測、判斷并進行調(diào)整，合格后就固定定位銷。隨著機床加工精 度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度 夾具的定位孔距精度高達 0.01mm5m，夾具支承面的垂直度達到 0.01mm/300mm， 平行度高達 0.01mm/500mm。 2.5.2 車身焊裝夾具設計的模塊化 夾具元件模塊化是實現(xiàn)焊接夾具組合化的基礎?？梢岳媚K化方法設計出系列 化、標準化的夾具元件，然后快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的新基點。 省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具 的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用 CAD 技術，可建立元件庫、典型夾具庫、 標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶用三維實體組裝夾具。同時研究 焊裝夾具實例的相似性問題，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又 能積累使用經(jīng)驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。 2.6 本章小結 本章對汽車車身的結構特點及焊裝夾具原理、結構及設計方法、原則進行了的研 究和探討。所有的工作都是為了保證最后車身精度能夠得到保證。而汽車車身的制造 尺寸偏差直接影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量，根據(jù)世界汽車市場的競爭走勢的夾具和制造技 術的進步。汽車的車身制造質(zhì)量的控制逐漸成為國際汽車工業(yè)和學術界關注的重要課 題。車身制造中的基準的選擇及焊裝夾具的結構及精度是，保證車身精度關鍵中的關 鍵。本章通過對車身焊裝夾具的的介紹，也為車門焊裝夾具的設計奠定了基礎。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 13 第 3 章 車門內(nèi)板焊接設備 3.1 電阻焊的分類 電阻焊又稱接觸焊，是汽車裝焊工藝中最主要的焊接方法之一，尤其是汽車車身、 廂體、輪圈等焊接采用最多，如一輛轎車至少 5000 多個電阻電焊焊點，焊縫長達 40m 以上?，F(xiàn)代的汽車制造廠在焊裝自動生產(chǎn)線上，大量使用電阻焊機械手和機器人 進行焊接，電阻焊的方法有很多，如圖 3.1 是電阻焊的分類，其中以電阻電焊在汽車 制造廠中使用最廣。 電阻焊 焊接接頭的形式和工藝方法按焊接電流種類 按電源能量種類 搭接電阻 對接電阻脈 沖 電 流 交 流 電 流 直 流 電 流 縫 焊 凸 焊 點 焊 對 焊 滾 對 焊 磁 場 貯 能 按供電方向 按同時完成焊點數(shù) 按實行過程的特點 單 點 多 層 雙 點 單 面 點 焊 雙 面 點 焊 電阻對焊 閃光對焊 按閃光特點 預熱閃光對焊連續(xù)閃光對焊 圖 3.1 電阻焊的分類 3.1.1 點焊 圖 3.2 和圖 3.3 為點焊原理過程示意圖。點焊時，將待焊的兩個焊件搭接起來， 置于上下銅極之間，然后施加一定的電極壓力，將兩個零件壓緊。再閉合開關 K，接 通焊接變壓器，變壓器次級電流經(jīng)焊機機臂、電極，流經(jīng)被焊件。由焊件本身電阻， 便產(chǎn)生電阻熱，使焊件迅速加熱。因為與焊件接觸的電極是由導電、導熱性能良好的 銅合金制成的，且其內(nèi)部有循環(huán)的冷卻水進行冷卻，故與電極直接接觸的焊件表面散 熱條件好，溫度難以升高，而焊件與焊件間的接觸表面加熱到融化溫度，并逐漸向四 周擴大形成融化核心（熔核） 。當熔核尺寸達到所要求的大小時，切斷電流，但仍保 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 14 持足夠的電極壓力，熔核在電極壓力的作用下冷卻結晶，形成焊點，而后去除壓力， 焊下一個點。 1- 變壓器 2- 電極 3- 板件 4- 熔化核心 圖 3.2 點焊原理圖 圖 3.3 點焊過程循環(huán)圖 （a）加壓 （b）通電 （c）斷電 （d）退壓 圖 3.4 點焊的焊接過程 3.1.2 縫焊 縫焊又稱滾焊，它是點焊發(fā)展而來的，就焊點形成的本質(zhì)來說，與點焊基本相同， 圖 3.4 為縫焊過程的原理示意圖?？p焊時，與焊件直接接觸的電極，采用圓柱形的滾 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 15 盤。滾盤旋轉時，利用摩擦力帶動焊件移動。普通焊縫時，滾盤連續(xù)旋轉，電流斷續(xù) 接通，每接通一次電流脈沖，即可形成一個焊點，這樣就可以形成一系列焊點。焊點 與焊點間的間距，可以按要求進行調(diào)整，當相鄰焊點距離很小，熔核相互搭接三分之 一時，則形成強固密封焊縫。 3.1.3 凸焊 凸焊是點焊的演變形式。凸焊時，將待焊焊件中的任何一個用沖壓（或機加工） 方法制造出凸點，使焊接電流集中通過凸點，以達到集中加熱焊件的目的。凸焊原理 示意圖見圖 3.5 所示。 S-工件連續(xù)移動距離 （a）縫焊 (b)縫焊焊接循環(huán) 圖 3.5 縫焊原理示意圖 3.1.4 對焊 對焊是將焊件分別夾緊于左、右兩個鉗口（電極）內(nèi)；通常左鉗口固定于機架上 的定座板上，右鉗口則固定于可沿機架臺面上的導軌左右移動的座板上。根據(jù)工藝不 同可分為電阻對焊和閃光對焊。 3.2 電阻焊的優(yōu)缺點 3.2.1 電阻焊的優(yōu)點 電阻焊方法主要用于毛坯準備與組合件裝配工序。因此，在分析其優(yōu)缺點時，主 要是與其它裝配工藝方法鉚接、其它焊接方法相比較。電阻焊的主要優(yōu)點為： (1)與熔焊方怯比，電阻焊為內(nèi)部熱源，冶金過程簡單；且加熱集中，熱影響區(qū) 較窄，易于蕕得優(yōu)質(zhì)焊接接頭。 (2)與鉚接比，節(jié)省金屬，減輕結構質(zhì)量，過對高速運行的車輛、導彈、飛行器、 船舶制造等十分重要。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 16 (3)電阻焊因機械化、自動化程度高，可提高生產(chǎn)率，改善工作條件。適于安排 在自動生產(chǎn)線上。通用點焊機焊接速度可達 60 點min，快速點焊機可選 600 點 /min。對焊的生產(chǎn)率比其它焊接方法也高得多。 (4)焊接_ 過程中無弧光、無有害氣體、無噪音，勞動條件好。閃光對焊時，有金 屬火花飛濺，應采取隔離措施。 (5)按軟盤指示，且易于保證氣密。 3.2.2 電阻焊的缺點 盡管電阻焊具有很多優(yōu)點，但仍存在如下一些問題： (1)焊點質(zhì)量檢驗目前尚缺少簡單而又可靠的無損檢驗方法。焊的加熱利用內(nèi)部 熱源（焦耳熱） 凡影響電阻大小、電源波動的因素均會造成熱量被動，使焊接質(zhì)量 不穩(wěn)定。因而可靠的無損檢驗方法巳成為確定焊接接頭質(zhì)量的關鍵。 (2)設備較復雜，功率大，投資較多。電阻焊機械化、自動化程度較高，相對于 一般熔焊設備要復雜些，維修較困難。由于電壓低（幾伏） 、電流大（這幾十千安培） ， 要求電源功率大（有的選 100KVA 以上）因而一般饋電網(wǎng)負荷困難。 (3)焊件的尺寸，形狀、厚度及焊件的材料受焊機功率、機臂尺寸與結構形狀的 限制，故對于一些封閉型、半封閉型結構或因材料不適用等而不宜采用電阻焊進行焊 接。 (4)點焊與縫焊多采用措接接頭，增加了構件的質(zhì)量，焊縫受力時會有附加力矩， 使承載條件變化，降低了焊接接頭的承載能力。 3.3 電阻焊對金屬材料焊接性的要求 3.3.1 金屬材料點焊、縫焊的特點 金屬材料點焊、縫焊的特點：金屬材料焊接時，要求焊接區(qū)及近縫區(qū)無嚴重缺陷 （裂紋、深度壓坑、燒穿等） ，金屬機械性能或特殊性能（抗腐蝕性、電阻率等）無 重大變化。材料是否好焊，要看上述要求是吾易于達到和所采取工藝措施的復雜程度。 結合點焊、縫焊過程特點，評定材料電阻焊焊接性的指標主要為材料的物理一化學性 能和機械性能。 (1)材料導電性與導熱性：材料的導電性與導熱性決定熱源強度和熱場的分布， 從而決定了焊點的形狀、尺寸、結晶特點及近縫區(qū)組織變化。一般可按照這一性能選 擇電源特性，焊機功率及工藝過程，例如輕合金的導電、導熱性好，焊接時應選擇大 功率焊機。 (2)材料高溫塑變能力：塑性溫度區(qū)窄，塑變能力差而線膨脹系數(shù)大的材料焊接 時，易出現(xiàn)裂紋等不允許的缺陷，因此應注意選用合理工藝措施。材料高溫屈服限越 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 17 高，要求的電極壓力越大。例如，焊接耐熱合金，所用焊機功率并不大，但必須選用 高溫硬度高的電極材料和高壓力的焊機，因而浪費了一部分電功率（因通用焊機的電 極壓力與電功率成正比） ，或限制了可焊件的最大厚度。 表 3.1 結構材料的物理一化學性能和機械性能 物理-化學特性 機械性能 類別及代表 合金 電 阻 率 m/ 熔 點 CTr 導 熱 系 數(shù) )(/ kW 線膨 脹系 數(shù) 610/ 比 熱 容 J/Kg 密 度 1-/ cm 結晶 間隔 / C對熱機械 作 用 敏 感 性 氧 化 膜 致 密 性 氧化 膜熔 點 / C2/)0( mNb 低碳鋼 13 1530 48 11.5 480 7.85 1530 151 0 小 大 1420 （Fe O） 29541 0 低合金鋼及 中碳鋼 16Mn 21 1480 40 12.5 0.85 7.85 14801350 大 中 420600 不銹鋼及高 溫合金鋼 1Crl8Ni9Ti GH44 GH140 75 120 120 24 23 17.1 12.2 5 12.7 510 7.85 8.9 8.09 中 中 大 大 大 540 900 670 鈦合金 （ TC2） 142 23 8.0 4.59 1700 1680 小 大 1840 750 鋁合金 Al-Mg 系 (LFL) Al-Mg 系 (LF2L) AlCu- Mf(LY12) 71 42 73 620 654 633 238 22.0 877 2.7 6205 50 6546 33 6335 02 小 小 中 大 大 大 2030 160110 410 合金（MA2- 1） 12 632 230 0.4 1 1.74 6325 65 小 小 2800 160 銅合金（H62 黃銅） 8 108 3 108 20.6 368 8.9 9058 90 小 中 1230 400 (3)材料對熱循環(huán)的敏感性。點焊、縫焊熱循環(huán)主要特點為加熱迅速（有時競達 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 18 到每秒 l 萬10 萬度） ，冷卻快，最高溫度高（大于熔化溫度） ，而且高溫停留時間短， 因此材料在這循環(huán)過程中可能因組織轉變不完善或某些成分的分解、擴散來不及完成 而出現(xiàn)在一般熱處理中不應出現(xiàn)的組織。如低碳鋼(20 鋼)點焊時，接頭中可能出現(xiàn) 淬火組織，所以必須注意材料在點焊。熱循環(huán)中是否易于出現(xiàn)淬火組織、軟化組織及 粗大晶粒等缺陷。 (4)材料時裂紋的敏感性：有誶硬傾向的金屬可能出現(xiàn)淬火裂紋，與易熔雜質(zhì) (S、P)形成低熔點共晶的合金，常出熱裂紋+而結晶溫度區(qū)寬、塑性溫度區(qū)窄的材辯 出現(xiàn)裂紋機會更大。這些材料焊接時應嚴格控制工藝過程有關參數(shù)，采用較復雜工藝 措施。材料的焊接性好壞是相對的，同一種材料其焊接方法與工藝措施不同時，其焊 接性有很大差別。一般應從材料熱物理性能、高溫機械性能及其對工藝過程的熱敏感 性來分析其工藝特點。常用結構材料的物理一化學性能和機械性能見表 3.1。 3.3.2 低碳鋼的焊接 低碳鋼的焊接低碳鋼因電阻率比銅大 810 倍，要求焊機功率不很大；塑性溫度 區(qū)寬，易于獲得應有塑性變形，不需要很高的電極壓力（F比輕臺金低） ，結晶溫度 區(qū)窄，高溫塑性良好，線膨脹系數(shù)不很高，因而熱裂紋傾向小，碳元素與微量元素低， 無高熔點氧化物，一般不會出現(xiàn)淬火組織或夾雜物，因此，點焊、縫焊中不需采用復 雜工藝措施，焊接質(zhì)量良好，但對冷軋低碳鋼薄板，在用軟規(guī)范點焊時，會因長時間 加熱使核心周圍熱影響區(qū)擴大，晶粒長大及軟化區(qū)變明顯，所以當接頭強度要求較高 時，不宜采用過長的脈沖時間加熱。熱軋低碳鋼表面有較厚的氧化皮，若清理不良時， 易使電極與板件表面粘連，在材料加熱膨脹中，可能形成深壓坑。焊后抬起電校對， 可能因粘連而撥松電投頭，使冷卻水滲出，井嚴重影響焊件表面質(zhì)量與電極壽命，故 應認真清理氧化皮。冷軋鋼表面的防銹油在點焊中可以擠出于焊接點之外，一般不影 響焊接質(zhì)量，可以不清理。但涂油不能過厚?？p焊時應進行表面清理，否則會出現(xiàn)氣 孔、裂紋，影響焊縫氣密性。按低碳鋼薄板點焊規(guī)范，焊點直徑由板厚決定，即 d=4，直徑系數(shù)口按所用規(guī)范的軟、硬程度分別為 5 和 5.5 或 6（軟規(guī)范選用大的直徑 系數(shù)） 電極多用圓形，工作端面直徑與核心直徑接近，通電時間 t 與板厚成正比增 加，而電流密度與板厚成反比，電極壓力 F 應參考焊接電流 L 選用合適值，即以不 產(chǎn)生飛濺的 F 為最佳值。 F過大熔化核心尺寸過小，結果使接頭強度降低，波動性 增大。 縫焊前定位點焊的規(guī)范小于正式點焊規(guī)范。定位點焊偏離焊轉軸線不超過 1mm。 低碳鋼縫焊焊速一般在 1.5m/min 左右，如焊接過程全自動化，不需手動控制焊 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 19 縫位置，而且焊機容量足夠時，也可采用 23m/min 的焊速。當焊件厚度增大時， 焊速應降低，以保證核心質(zhì)量極焊透率。 低碳鋼板厚度增大時，困難增多，因為： (1)板厚增大，焊件剛性增大，壓力分流則增加，因而板件間難以貼合良好。為 了保證接觸面貼臺緊密，應提高電極壓力 F 有時采用預熱脈沖或馬鞍形壓力循環(huán)。 (2)分路阻抗 Z 減小，電流分流增大，要求加大焊機容量。 (3)大厚度捍件伸入焊接回路，使捍機次級回路阻抗加大，焊接電流降低，因而 要增大焊機容量，如果采用低頻式直流焊機，則可改善進一影響。 (4)核心金屬熔化量增大，冷卻時收縮量增加。為了防止出現(xiàn)縮孔與裂紋，必須 提高變形量，但是由于板件內(nèi)外溫差增加，變形更加困難。通常，為了使被焊金屬有 足夠大的變形量，應適當提高電極壓力和延長焊接時間，而焊接時間的延長，又會導 致電極嚴重過熱和電能的損耗增太。 因此，厚度大于 3.0mm 的低碳鋼點焊時，其主要措施是提高電極壓力及焊機功 率。但功率增大不但使電能消耗量增大，而且可能使焊件與電極表面過熱，反而限制 了電極壓力提高。因而，通?？刹捎枚嗝}沖規(guī)范(1020 個脈沖)，使板件加熱均勻。 3.4 電阻焊設備 3.4.1 焊機的分類與要求 不同的電阻焊方法，采用不同的電阻焊設備，根據(jù) JB-802 焊機型號編制辦法規(guī) 定，焊機型號用漢語拼音和阿拉伯數(shù)字組成，其內(nèi)容表示如下： 近年來電焊機、縫焊機品種類型很多，通常按電潭、加壓機構、完成接頭方式、 自動化程度、電極數(shù)目、運動方式等分類。不管哪種點（縫）焊機，要完成焊點的循 環(huán)必須使焊機具備兩個部分，即電氣部分（電源、調(diào)節(jié)裝置、控制裝置）和機械部分 (加壓機構、傳動機構、冷卻系統(tǒng)等） ，見圖 3.5 和圖 3.6。電阻焊機除了制造簡單， 成本低，使用方便工作可靠穩(wěn)定，維修容易等基本要求之外，還應具有： (1)焊機結構強度及剛性好，不致因加壓而使焊件變形、錯位，甚至拉開等； (2)焊接回路有良好適應性，能滿足零件形狀尺寸的基本要求。焊接鐵磁性零件 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 20 或有夾具伸入回路時，對功率的影響盡量小。焊機應有良好外特性，能發(fā)揮出最大容 量。 (3)程序動作的轉換迅速、可靠，盡可能提高動作速度，以提高生產(chǎn)率。各程序 間應有連鎖裝置及安全措施，以穩(wěn)定焊接質(zhì)量。如電流未切斷時不得抬起電極，氣壓 或水壓不足時可自動切斷電流。 (4)調(diào)整焊機及更換電極都方便，主要部件接觸良好，保護可靠，冷卻好。 3.4.2 點焊機 常用的點焊機種類有：固定式點焊機、懸掛式點焊機和多點點焊機等。 固定式點焊機：固定式點焊機的結構和工作原理如圖 3.6 和圖 3.8 所示，它主要 由一次回路系統(tǒng)（開關，電源調(diào)節(jié)節(jié)裝置，一次線圈） ，二次回路系統(tǒng)（二次線圈， 上下機臂，上下電極夾，上下電極） ，加壓系統(tǒng)（氣缸，電磁閥等）和機體等組成。 圖 3.7 是縫焊機機構示意圖。 1-腳踏板開關 2-電極冷卻水管 3-下機臂 4-下電極 5-上電極 6-上機臂 7-加壓氣缸 8-電磁氣閥 9-變壓器 10-機體 11-接角器 圖 3.6 點焊機構造 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 21 1-電源 2-加壓機構 3-滾盤 4-焊接回路 5-機架 6-傳動與減速機構 7-開關與減速機構 圖 3.7 縫焊機結構示意圖 1-開關 2-電流調(diào)節(jié) 3-次線圈 4-變壓器鐵芯 5-變壓器 6-二次線圈 7-母線 8-機臂 9-夾持器 10-電極 11-工件 圖 3.8 點焊機工作原理圖 3.4.3 移動式點焊機 對于尺寸大、重量重、外形具有較復雜的型面、型線以及全位置點焊的部件或總 成（如汽車車身制造） ，一般都在較大的胎具上進行裝焊，廣泛的采用移動式點焊機。 移動式點焊機按采用的焊槍形式分為手動式、反作用式和懸掛式。其結構示意圖見圖 3.8. （a） （b） （c） （a）手動式 1-夾具 2-手動焊槍 3-工件 （b）反作用式 1-反作用焊槍 2-擋板 3-工件 4-夾具 （c）懸掛式 1-焊鉗 2-工件 3-平衡錘 黑龍