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SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
姜巖
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程07-2 班
指導(dǎo)教師姓名
石美玉
職稱
教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是√否
題目名稱
轎車前門內(nèi)板焊裝夾具設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
汽車制造水平對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，就我國(guó)目前我國(guó)的汽車生產(chǎn)水平而言，除了從國(guó)外引進(jìn)的一部分先進(jìn)技術(shù)和工裝設(shè)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(dòng)化程度比較低。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(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)生產(chǎn)條件，降低產(chǎn)品制造成本，提高裝焊自動(dòng)化程度。因此汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)水平的提高成為一個(gè)提高汽車制造業(yè)水平的有效途徑，受到國(guó)內(nèi)外汽車行業(yè)的廣泛關(guān)注。合理的設(shè)計(jì)焊裝夾具是保證焊接質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、降低車身制造成本的根本途徑。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
設(shè)計(jì)內(nèi)容：
1.選題的背景、目的及意義；
2.焊裝夾具設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
6.CAD繪制夾具圖紙；
7.撰寫設(shè)計(jì)說明書。
技術(shù)要求：
1.設(shè)計(jì)轎車前門內(nèi)板焊裝夾具；
2.要求：保證加工質(zhì)量，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化；
3.生產(chǎn)綱領(lǐng)：成批生產(chǎn)。
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
CAD繪制轎車前門內(nèi)板焊裝夾具裝配圖、零件圖折合0號(hào)圖紙3張以上，設(shè)計(jì)說明書15000字以上。
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
（1）知識(shí)準(zhǔn)備、調(diào)研、收集資料、完成開題報(bào)告 第1～2周（2.28～3.11）
（2）整理資料、提出問題、撰寫設(shè)計(jì)說明書草稿、轎車前門焊裝工藝分析 第3～5周（3.14～4.1）
（3）理論聯(lián)系實(shí)際、分析問題、解決問題，分析焊裝夾具的夾緊位置及定位方式，焊裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，CAD繪制夾具裝配草圖等部分設(shè)計(jì)內(nèi)容，中期檢查 第6～8周（4.4～4.22）
（4）改進(jìn)完成設(shè)計(jì)，改進(jìn)完成設(shè)計(jì)說明書，指導(dǎo)教師審核，學(xué)生修改 第9～12周(4.25～5.20)
（5）評(píng)閱教師評(píng)閱、學(xué)生修改 第13周（5.23～5.27）
（6）畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯 第14周（5.30～6.3）
（7）畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 第15～16周（6.6～6.17）
（8）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第17周（6.20～6.24）
五、主要參考資料
1.楊握銓.汽車裝焊技術(shù)及夾具設(shè)計(jì).北京理工大學(xué)出版社
2.韓根云.汽車車身焊接夾具的設(shè)計(jì).新技術(shù)新工藝
3.王政，劉萍，焊接工裝夾具及變位機(jī)械圖冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社
4.黃天澤，黃金陵主編，汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社
5.陳家起，羅虹，張偉編，汽車車身制造工藝學(xué).重慶：重慶大學(xué)出版社
6.盛步云等，虛擬制造系統(tǒng)中汽車覆蓋件焊接夾具設(shè)計(jì)方法.武漢：武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)
7.網(wǎng)絡(luò)資源，超星數(shù)字圖書館
8.近幾年相關(guān)專業(yè)CNKI網(wǎng)絡(luò)期刊等
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目: 轎車前門內(nèi)板焊裝夾具設(shè)計(jì)
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程B07-2班
學(xué) 生 姓 名: 姜巖
導(dǎo) 師 姓 名: 石美玉
開 題 時(shí) 間: 2011年3月11日
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)生姓名
姜巖
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程B07-2班
指導(dǎo)教師姓名
石美玉
職稱
教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是√否
題目名稱
轎車前門內(nèi)板焊裝夾具設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1.課題研究現(xiàn)狀
(1)汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，汽車已一躍成為當(dāng)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(gè)無汽車的現(xiàn)代化社會(huì)的先例。改革開放以來，我國(guó)的汽車工業(yè)得到較快的發(fā)展，產(chǎn)量，品種，型號(hào)日益增多。但由于我國(guó)的汽車工業(yè)起步較晚，集團(tuán)化程度不高，其產(chǎn)量，質(zhì)量與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大的差距，因此面臨著國(guó)際汽車發(fā)展浪潮的機(jī)遇和壓力。
汽車生產(chǎn)制造水平對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)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(shè)備和管理水平等等。就我國(guó)目前汽車生產(chǎn)水平而言，除某些生產(chǎn)廠或合資廠從國(guó)外引進(jìn)一部分先進(jìn)技術(shù)和工裝設(shè)備外，不少生產(chǎn)廠生產(chǎn)制造水平很低。較為突出的是在汽車大型覆蓋件的沖壓工藝及模具，汽車裝焊設(shè)備及夾具和胎具，汽車涂裝等生產(chǎn)技術(shù)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(dòng)化程度很低，專業(yè)人才緊缺。汽車工業(yè)在帶動(dòng)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(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，就我國(guó)目前的汽車生產(chǎn)水平而言，除了從國(guó)外引進(jìn)的一部分先進(jìn)技術(shù)和工裝設(shè)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(dòng)化程度比較低。
（2）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(gè)汽車零部件的載體，它的重量和制造成本占整車的 40％～60％，它通常是由 300～500 多個(gè)具有復(fù)雜空間曲面的薄板沖壓。通過裝焊、鉚接和機(jī)械聯(lián)接等方法而構(gòu)成一個(gè)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(jì)性。在生產(chǎn)線上有 200 個(gè)左右的裝配工作站進(jìn)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(jié)構(gòu)生產(chǎn)中裝配和焊接是兩個(gè)重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，完成這兩個(gè)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(duì)于具有基準(zhǔn)孔的部分，應(yīng)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(gè)完整的轎車裝夾定位點(diǎn)達(dá) 1700～2500 個(gè)，焊點(diǎn)多達(dá) 3000～4000 個(gè)。其中夾具的定位部分需用車身產(chǎn)品的 CAD 數(shù)模進(jìn)行數(shù)控加工，使沖壓件在裝配時(shí)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(duì)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(zhǔn)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(fù)雜，精度要求高，設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，一般采用獨(dú)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(dǎo)致零部件扭曲變形，出現(xiàn)定位偏差，引起焊接間隙的變動(dòng)，最終導(dǎo)致裝配尺寸誤差和構(gòu)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(shí)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(píng)價(jià)汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)的好壞。
（3）國(guó)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(gè)主題，國(guó)內(nèi)外關(guān)于焊裝夾具設(shè)計(jì)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(diǎn)數(shù)并確定他們的最佳位置，以實(shí)現(xiàn)工件正確的約束定位。另外在此基礎(chǔ)上應(yīng)考慮更多的實(shí)際因素，例如焊接偏差、工具磨損等，作為新的約束條件來進(jìn)行更深一步的研究；焊裝夾具可以按照不同的方式來進(jìn)行分類，按照設(shè)計(jì)內(nèi)容包括硬件和軟件的設(shè)計(jì)，其中硬件包括定位件、夾緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置和夾具體。軟件包括安裝調(diào)試手冊(cè)、調(diào)整圖等；如果按照設(shè)計(jì)流程來分，又可以分為概念設(shè)計(jì)階段、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)優(yōu)化設(shè)計(jì)階段。在汽車焊接流水線上，真正用于焊接操作的工作量?jī)H占 30%～40%，而 60%～70%的工作是輔助和裝夾。焊裝夾具的技術(shù)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(shí)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(duì)縮短研制周期起著重要作用。夾具的標(biāo)準(zhǔn)化、精密化和柔性化是夾具發(fā)展的主要趨勢(shì), 也是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新?lián)Q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(guó)和美國(guó)，與他們相比，我國(guó)在這方面存在著較大差距，而工裝設(shè)計(jì)制造水平不高是其中重要的原因。因此提高工裝設(shè)計(jì)與制造水平特別是焊裝夾具設(shè)計(jì)與制造水平是急需解決的問題。
2.選題目的和意義
汽車焊裝夾具多用于焊接薄板，對(duì)于薄板沖壓件，夾緊力作用點(diǎn)要作用在支承點(diǎn)上，只有對(duì)剛性很好的工件才允許作用在幾個(gè)支承點(diǎn)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(zhǔn)。夾緊力主要用于保持工件裝配的相對(duì)位置，克服工件的彈性變形，使其與定位支承或?qū)щ婋姌O貼合，對(duì)于 1.2mm 厚度以下的鋼板，貼合間隙不大于 0.8mm，每個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力一般在 300-750N 范圍內(nèi)；對(duì)于 1.5-2.5mm 之間的沖壓件，貼合間隙不大于 1.5mm,每個(gè)夾緊點(diǎn)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(gè)焊接流程中起著重要作用。在焊接過程中，合理的夾具結(jié)構(gòu)，有利于合理安排流水線生產(chǎn)，便于平衡工位時(shí)間，降低非生產(chǎn)用時(shí)。對(duì)具有多種車型的企業(yè)，如能科學(xué)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(duì)車身沖壓零件進(jìn)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(guān)鍵設(shè)備。合理的設(shè)計(jì)焊裝夾具是保證焊接質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)生產(chǎn)率，提高裝焊自動(dòng)化程度。因此汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)水平的提高成為一個(gè)提高汽車制造業(yè)水平的有效途徑，受到國(guó)內(nèi)外汽車行業(yè)的的廣泛關(guān)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能的促其實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上這些要求已經(jīng)成為評(píng)定夾具設(shè)計(jì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)?？偠灾?，汽車裝焊夾具在汽車制造技術(shù)中處著舉足輕重的地位，因此設(shè)計(jì)出合理而先進(jìn)的焊裝夾具對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展有著實(shí)際的意義。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1.設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容
(1)選題的背景、目的及意義；(2)焊裝夾具設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(6)CAD繪制夾具圖紙。
2.擬解決的主要問題
(1)焊接工藝的分析；
(2)工件定位夾緊方式的確定；
(3)夾具單元的布置方案。
三、技術(shù)路線（研究方法）
分析任務(wù)書和設(shè)計(jì)資料
轎車前門內(nèi)板焊裝工藝分析
夾具設(shè)計(jì)的技術(shù)條件
車門的材料
裝配焊接夾具的設(shè)計(jì)要求
焊點(diǎn)布置原則
結(jié)構(gòu)開敞性
裝配焊接夾具的分類
焊接接頭型式
精度合理性
夾具的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)
完成設(shè)計(jì)說明書
定位元件及夾緊元件
基板
旋轉(zhuǎn)及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
完成裝配圖和零件圖
四、進(jìn)度安排
（1）知識(shí)準(zhǔn)備、調(diào)研、收集資料、完成開題報(bào)告 第1～2周（2.28～3.11）
（2）整理資料、提出問題、撰寫設(shè)計(jì)說明書草稿、轎車前門焊裝工藝分析 第3～5周（3.14～4.1）
（3）理論聯(lián)系實(shí)際、分析問題、解決問題，分析焊裝夾具的夾緊位置及定位方式，焊裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，CAD繪制夾具裝配草圖等部分設(shè)計(jì)內(nèi)容，中期檢查 第6～8周（4.4～4.22）
（4）改進(jìn)完成設(shè)計(jì)，改進(jìn)完成設(shè)計(jì)說明書，指導(dǎo)教師審核，學(xué)生修改 第9～12周(4.25～5.20)
（5）評(píng)閱教師評(píng)閱、學(xué)生修改 第13周（5.23～5.27）
（6）畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯 第14周（5.30～6.3）
（7）畢業(yè)設(shè)計(jì)修改 第15～16周（6.6～6.17）
（8）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第17周（6.20～6.24）
五、參考文獻(xiàn)
[1]楊握銓.汽車裝焊技術(shù)及夾具設(shè)計(jì).北京理工大學(xué)出版社，1996.
[18]雷玉成，于治水.焊接成型技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2004.
[19]張迪妮.先進(jìn)制造技術(shù)[M]. 北京大學(xué)出版社，2006.
[3]王政，劉萍.焊接工裝夾具及變位機(jī)械圖冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.
[4]黃天澤.黃金陵主編，汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
[5]宋曉琳.汽車車身制造工藝學(xué). 北京理工大學(xué)出版社，2006.
[6]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，第五版，第一卷，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.
[7]聞邦椿主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，第五版，第一卷，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.
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[12]姚春玲，張俊華.汽車車身焊裝夾具的三維設(shè)計(jì).制造也自動(dòng)化，2009，7（31）.
[13]呂毅，周華.汽車焊接拼臺(tái)上的氣路系統(tǒng)設(shè)計(jì)及管路布置淺談 [J].裝備制造技術(shù)，2008，(3) _4.
[14]徐杰，雷剛.轎車車門焊點(diǎn)布置優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真分析[A].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，23（11）.
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[17]佟靜.RPS 理論在車門上的應(yīng)用[碩士學(xué)位論文].吉林;吉林大學(xué)，2003.
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[20]Ceglarek, D., W. Huang, S. Zhou, Y. Ding, R. Kumar, and Y. Zhou., "Time-Based Competition in Multistage Manufacturing: Stream-of-Variation Analysis (SOVA) Methodology—Review." InternationalJournal of Flexible Manufacturing Systems ,2004 ,16: 11～44.
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 轎車前門內(nèi)板焊裝夾具設(shè)計(jì) 系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 B07-2 班 學(xué)生姓名： 姜巖 指導(dǎo)教師： 石美玉 職 稱： 教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of Automobile’s Front Door Inner Panel Welding-Installation Fixtures Candidate：Jiang Yan Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-2 Supervisor：professor. Shi Meiyu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(yīng)市場(chǎng)需求的重要條件之一。夾具在汽車焊裝線上占有相當(dāng)大的比例，它的設(shè)計(jì) 制造精度和進(jìn)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(gè)車身的裝配精度，這只能用 合格的焊裝夾具來解決。針對(duì)轎車前車門內(nèi)板焊裝夾具的設(shè)計(jì)任務(wù)書，研究了車門的 結(jié)構(gòu)和裝配特點(diǎn)，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(shè)計(jì)原理及 焊裝精度控制方法，系統(tǒng)的進(jìn)行了轎車前門內(nèi)板焊裝夾具的設(shè)計(jì)。通過對(duì)車門內(nèi)板焊 裝工藝的分析，設(shè)計(jì)了基板、安裝板、連接板、定位元件、夾緊機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，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(tái)和凹坑進(jìn) 行定位，氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊，完成了門窗加強(qiáng)板、防撞桿、車門內(nèi)板三個(gè)件焊裝 夾具的總體設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：車門內(nèi)板；焊裝夾具；連接板；夾緊機(jī)構(gòu)；防撞桿 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 industry’s 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 body’s assembly accuracy, which only can be resolved by qualified welding fixture. Based on the assignment of the design of automobile’s front door inner panel welding- installation, I researched the vehicle structure and assembly characteristics, and established welding-installation production system’s process. According to the principle of designing automobile and the method of controlling welding assembling accuracy , automobile’s 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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(guān)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(guó)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(shù)要求及設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 第 2 章 汽車車身焊裝技術(shù) .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(shè)計(jì) 6 2.3.1 流程圖設(shè)計(jì) 7 2.3.2 焊點(diǎn)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(shè)計(jì)應(yīng)該注意的一些問題 9 2.4 車身焊裝夾具的結(jié)構(gòu)、定位及夾緊的特點(diǎn) .9 2.4.1 車身焊裝夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .9 2.4.2 車身焊裝夾具的定位特點(diǎn) .9 2.4.3 車身焊裝夾具的夾緊特點(diǎn) .10 2.5 車身焊裝夾具的精度控制及設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的模塊化 11 2.6 本章小結(jié) 11 第 3 章 車門內(nèi)板焊接設(shè)備 .12 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3.1 電阻焊的分類 .12 3.1.1 點(diǎn)焊 .12 3.1.2 縫焊 .13 3.1.3 凸焊 .14 3.1.4 對(duì)焊 .14 3.2 電阻焊的優(yōu)缺點(diǎn) .14 3.2.1 電阻焊的優(yōu)點(diǎn) .14 3.2.2 電阻焊的缺點(diǎn) .15 3.3 電阻焊對(duì)金屬材料焊接性的要求 .15 3.3.1 金屬材料點(diǎn)焊、縫焊的特點(diǎn) 15 3.3.2 低碳鋼的焊接 16 3.4 電阻焊設(shè)備 18 3.4.1 焊機(jī)的分類與要求 18 3.4.2 點(diǎn)焊機(jī) .19 3.4.3 移動(dòng)式點(diǎn)焊機(jī) .20 3.5 本章小結(jié) 22 第 4 章 轎車車門內(nèi)板焊裝工藝 .23 4.1 前車門結(jié)構(gòu)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(hào) 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(diǎn)的布置原則 .27 4.4.1 焊點(diǎn)的形狀與尺寸 27 4.4.2 點(diǎn)焊的基本要求 .27 4.4.3 焊點(diǎn)的布置 28 4.4.4 點(diǎn)焊的順序 29 4.5 結(jié)構(gòu)的開敞性 .29 4.6 精度的合理性 .29 4.7 本章小結(jié) 30 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 章 夾具的總體設(shè)計(jì) 31 5.1 焊接夾具的分類及設(shè)計(jì)要求 31 5.1.1 焊接夾具的分類 .31 5.1.2 焊接夾具的設(shè)計(jì)要求 32 5.2 焊接夾具設(shè)計(jì)流程圖 32 5.3 定位夾緊元件的設(shè)計(jì) 32 5.4 點(diǎn)焊鉗的選擇 34 5.5 主要零件設(shè)計(jì)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(zhuǎn)機(jī)構(gòu) .39 5.6 相關(guān)計(jì)算 .39 5.6.1 壓轉(zhuǎn)臂張開角計(jì)算 39 5.6.2 氣缸夾緊力計(jì)算 40 5.7 本章小結(jié) .42 結(jié)論 .43 參考文獻(xiàn) 44 致謝 .46 附錄 .47 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(duì)于薄板沖壓件，夾緊力作用點(diǎn)要作用在支承點(diǎn) 上，只有對(duì)剛性很好的工件才允許作用在幾個(gè)支承點(diǎn)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(zhǔn)。夾緊力主要用于保持工件裝配的相對(duì)位置，克服工件的彈 性變形，使其與定位支承或?qū)щ婋姌O貼合，對(duì)于 1.2mm 厚度以下的鋼板，貼合間隙不 大于 0.8mm，每個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力一般在 300-750N 范圍內(nèi)；對(duì)于 1.5-2.5mm 之間的 沖壓件，貼合間隙不大于 1.5mm,每個(gè)夾緊點(diǎn)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(gè)焊接流程中起著重要作用。在焊接過程中， 合理的夾具結(jié)構(gòu)，有利于合理安排流水線生產(chǎn)，便于平衡工位時(shí)間，降低非生產(chǎn)用時(shí)。 對(duì)具有多種車型的企業(yè)，如能科學(xué)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(duì)車身沖壓零件進(jìn)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(guān)鍵設(shè)備。合理的設(shè)計(jì)焊裝夾具是保證焊接 質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)生產(chǎn)率，提高裝焊自動(dòng)化程度。因此 汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)水平的提高成為一個(gè)提高汽車制造業(yè)水平的有效途徑，受到國(guó)內(nèi)外 汽車行業(yè)的的廣泛關(guān)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能的促其實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上這些要求已經(jīng)成為評(píng)定夾具設(shè) 計(jì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。總而言之，汽車裝焊夾具在汽車制造技術(shù)中處著舉足輕重的地位，因 此設(shè)計(jì)出合理而先進(jìn)的焊裝夾具對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展有著實(shí)際的意義。 1.2 汽車制造業(yè)與車身制造的關(guān)系 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，汽車已一躍成為當(dāng)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(gè)無汽車的現(xiàn)代化社會(huì)的先例。改革開放以來，我國(guó)的汽 車工業(yè)得到較快的發(fā)展，產(chǎn)量，品種，型號(hào)日益增多。但由于我國(guó)的汽車工業(yè)起步較 晚，集團(tuán)化程度不高，其產(chǎn)量，質(zhì)量與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大的差距，因此面臨著 國(guó)際汽車發(fā)展浪潮的機(jī)遇和壓力。汽車生產(chǎn)制造水平對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)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(shè) 備和管理水平等等。就我國(guó)目前汽車生產(chǎn)水平而言，除某些生產(chǎn)廠或合資廠從國(guó)外引 進(jìn)一部分先進(jìn)技術(shù)和工裝設(shè)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 車大型覆蓋件的沖壓工藝及模具，汽車裝焊設(shè)備及夾具和胎具，汽車涂裝等生產(chǎn)技術(shù) 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(dòng)化程度很低，專業(yè)人才緊缺。汽車工業(yè)在帶動(dòng)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(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的 作用，就我國(guó)目前的汽車生產(chǎn)水平而言，除了從國(guó)外引進(jìn)的一部分先進(jìn)技術(shù)和工裝設(shè) 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(dòng)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(gè)汽車零部件的載體，它的重量和制造成 本占整車的 40％～60％，它通常是由 300～500 多個(gè)具有復(fù)雜空間曲面的薄板沖壓。 通過裝焊、鉚接和機(jī)械聯(lián)接等方法而構(gòu)成一個(gè)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(jì)性。在生產(chǎn)線上有 200 個(gè)左右的裝配工 作站進(jìn)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(jié)構(gòu)生產(chǎn)中裝配和焊接是 兩個(gè)重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，完成這兩個(gè)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(duì)于具有基準(zhǔn)孔的部分，應(yīng)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(gè)完整的轎車裝夾定位點(diǎn)達(dá) 1700～2500 個(gè)，焊點(diǎn)多達(dá) 3000～4000 個(gè)。其中夾具的定位部分需用車身產(chǎn)品的 CAD 數(shù)模進(jìn)行數(shù)控加工，使沖 壓件在裝配時(shí)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(duì)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(zhǔn)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(fù)雜，精度要求高，設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，一般采用獨(dú)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(dǎo)致零部件扭曲變形，出現(xiàn)定位偏差，引起焊接間隙的 變動(dòng)，最終導(dǎo)致裝配尺寸誤差和構(gòu)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(shí)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(píng)價(jià)汽車焊裝夾具設(shè)計(jì)的好壞。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 1.4 國(guó)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(gè)主題，國(guó)內(nèi)外關(guān)于焊裝夾具設(shè)計(jì)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(diǎn)數(shù)并確定他們的最佳位置，以實(shí)現(xiàn)工件正確的 約束定位。另外在此基礎(chǔ)上應(yīng)考慮更多的實(shí)際因素，例如焊接偏差、工具磨損等，作 為新的約束條件來進(jìn)行更深一步的研究；焊裝夾具可以按照不同的方式來進(jìn)行分類， 按照設(shè)計(jì)內(nèi)容包括硬件和軟件的設(shè)計(jì)，其中硬件包括定位件、夾緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置和 夾具體。軟件包括安裝調(diào)試手冊(cè)、調(diào)整圖等；如果按照設(shè)計(jì)流程來分，又可以分為概 念設(shè)計(jì)階段、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)優(yōu)化設(shè)計(jì)階段。在汽車焊接流水線上，真正用于焊 接操作的工作量?jī)H占 30%～40%，而 60%～70% 的工作是輔助和裝夾。焊裝夾具的技 術(shù)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(shí)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(duì)縮短研制周期起著重 要作用。夾具的標(biāo)準(zhǔn)化、精密化和柔性化是夾具發(fā)展的主要趨勢(shì),也是實(shí)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(guó)和美國(guó)，與他們相比，我國(guó)在這方面存在著較大差距，而工裝設(shè)計(jì)制造水平 不高是其中重要的原因。因此提高工裝設(shè)計(jì)與制造水平特別是焊裝夾具設(shè)計(jì)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(shù)要求及設(shè)計(jì)內(nèi)容 技術(shù)要求： 1.設(shè)計(jì)轎車前門內(nèi)板焊裝夾具； 2.要求：保證加工質(zhì)量，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化； 3.生產(chǎn)綱領(lǐng)：成批生產(chǎn)。 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1.選題的背景、目的及意義； 2.焊裝夾具設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 6.CAD 繪制夾具圖紙； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 7.撰寫設(shè)計(jì)說明書。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 汽車車身焊裝技術(shù) 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 40％～60％。典型車身通常由 300 多個(gè)薄板沖壓件在焊裝夾具上焊接而成，其 中整個(gè)車身的裝夾、定位點(diǎn)可達(dá) 1700～2500 個(gè)，焊點(diǎn)多達(dá) 3500 多個(gè)。圖 2.1 所示是 車身裝配的一種多層次體系結(jié)構(gòu)，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(guān)系，導(dǎo)致最終的車身與理想的模型有一定的誤 差，歸結(jié)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(jī)構(gòu) 白車身（Body-in-White）的制造涉及薄板沖壓成形、自動(dòng)裝配、焊接及檢測(cè)多個(gè) 領(lǐng)域，其制造質(zhì)量顯著影響到整車的性能，并直接關(guān)系到汽車產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，所 以在很大程度上代表了一個(gè)國(guó)家的制造水平。車身開發(fā)周期的長(zhǎng)短是決定整車競(jìng)爭(zhēng)力 的大小和成本高低的關(guān)鍵因素。國(guó)內(nèi)外在汽車車身制造技術(shù)也存在著很大的差別，國(guó) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 外領(lǐng)先汽車集團(tuán)的車身開發(fā)周期在近 10 年來已大幅度縮短，從 20 世紀(jì) 90 年代初期， 車身開發(fā)周期需要 3～4 年，近年已縮短為 1.5～3 年，10 年間縮短了近一半時(shí)間。分 析其原因，國(guó)外汽車企業(yè)在車身開發(fā)、制造方面廣泛采用最先進(jìn)的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)， 并對(duì)其再進(jìn)行全新開發(fā)和超前開發(fā)，開發(fā)隊(duì)伍及其組織機(jī)構(gòu)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(guó)汽車工業(yè)隨著多 年發(fā)展已形成相當(dāng)規(guī)模，但與世界先進(jìn)水平還有很大差距。現(xiàn)階段我國(guó)車身自主開發(fā) 能力還較弱，很多要參照國(guó)外車型的設(shè)計(jì)思路。還有重要一點(diǎn)就是加工設(shè)備的應(yīng)用相 對(duì)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(guó)從國(guó)外引進(jìn)大量先 進(jìn)設(shè)備，汽車車身質(zhì)量水平有了很大提高，許多國(guó)內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)也紛紛引進(jìn)技術(shù)， 購(gòu)買產(chǎn)品生產(chǎn)專利權(quán)及合資合作生產(chǎn)國(guó)內(nèi)急需設(shè)備，在機(jī)械加工、焊接、涂裝等方面 均取得一定進(jìn)展。但從整體來說，國(guó)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?yàn)檫@種狀況使很多關(guān)鍵技術(shù)過分依賴國(guó)外，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中不可避免地被定位 于低端，掌握不了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。 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(shè)計(jì)不合理 定位單元失效 夾緊力影響 運(yùn)輸 勞動(dòng)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(rèn)為是具有最小柔性的裝配過程，因?yàn)槊鎸?duì)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(shè)計(jì)相適應(yīng)，否則造成大量人力物力的消耗，即 使焊裝夾具準(zhǔn)備就緒之后，通常還需要很長(zhǎng)一段時(shí)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(dòng)（Launch Time）和大規(guī)模生產(chǎn)（Full-Production ） 。 在時(shí)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(dòng)階 段的改進(jìn)，主要誤差源被消除，尺寸偏差逐漸減小，進(jìn)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 值變動(dòng)，不規(guī)則跳動(dòng)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?jiǎng)傂赃\(yùn)動(dòng)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(shí)的 偏差。基于偏差診斷技術(shù)的車身尺寸偏差控制是以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量為基本思路，通過偏 差識(shí)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(shí)間，較快的進(jìn)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(cè)量數(shù)據(jù)也具有較強(qiáng)的相關(guān)性。 綜上所述，車身制造偏差控制基本上可分為生產(chǎn)啟動(dòng)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(dòng)階段的故障缺乏穩(wěn)定生產(chǎn)過程的偏差診斷經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。 2.3 車身焊裝工藝設(shè)計(jì) 車身設(shè)計(jì)應(yīng)保證汽車具有合理的外部形狀，在汽車行駛時(shí)能有效地引導(dǎo)周圍的氣 流，以減少空氣阻力和燃料消耗。此外，車身還應(yīng)有助于提高汽車行駛穩(wěn)定性和改善 發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻條件，并保證車身內(nèi)部良好的通風(fēng)。 車身結(jié)構(gòu)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(fēng)、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(chǔ)，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(jié)構(gòu)?？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(shè)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(jié)構(gòu)較復(fù)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(biāo)志、浮雕式文字等 等。散熱器面罩、保險(xiǎn)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(fēng)窗刮水器、風(fēng)窗洗滌 器、遮陽板、后視鏡、拉手、點(diǎn)煙器、煙灰盒等。在現(xiàn)代汽車上常常裝有無線電收放 機(jī)和桿式天線，在有的汽車車身上還裝有無線電話機(jī)、電視機(jī)或加熱食品的微小爐和 小型電冰箱等附屬設(shè)備。 在汽車廠中，焊接生產(chǎn)線相對(duì)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(shí)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 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 關(guān)鍵。如圖 2.3 是焊裝夾具工藝設(shè)計(jì)流程。 數(shù)模 分總成組合流程圖 夾具清單 焊點(diǎn)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(shè)計(jì)流程 2.3.1 流程圖設(shè)計(jì) 圖 2.4 是焊接流程示意圖，反映得是各沖壓件、標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)，它所反映 的夾具數(shù)量是評(píng)估整個(gè)項(xiàng)目的依據(jù)。因此流程圖的編制初稿是至關(guān)重要的。 對(duì)于只有數(shù)模與樣車，沒有焊點(diǎn)分布圖的情況，應(yīng)根據(jù)樣車拆車分析工藝流程： 首先對(duì)整車樣車進(jìn)行整體工藝分析，確定車身組成的幾大部分，側(cè)圍、車架地板、發(fā) 動(dòng)機(jī)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(diǎn)數(shù) 量，由節(jié)拍計(jì)算工位數(shù)量。一般而言，人工焊接時(shí)，焊接每個(gè)點(diǎn)需要 4～6s/點(diǎn)，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(gè)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(rèn)真分析，從工裝工作量、 方案設(shè)計(jì)書、夾具設(shè)計(jì)實(shí)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(diǎn)焊與弧焊應(yīng)分別在不同工位上進(jìn)行，除非弧焊或點(diǎn)焊工 作量小，并應(yīng)在夾具方案設(shè)計(jì)書中提出弧焊防護(hù)裝置。 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件、膠等內(nèi)容應(yīng)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)；螺母應(yīng)區(qū)分粗牙、細(xì)牙，類型應(yīng)注明四角或圓 柱型；螺柱、螺栓應(yīng)表明外徑及長(zhǎng)度；膠應(yīng)注明類型（膨脹膠、點(diǎn)焊密封膠、防震膠 等） 、長(zhǎng)度、寬度等。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 2.4 焊接流程圖 2.3.2 焊點(diǎn)描述 對(duì)于焊點(diǎn)要明確出焊點(diǎn)的直徑，焊點(diǎn)與焊點(diǎn)間的距離，不同厚度的板材焊點(diǎn)的直 徑也不同。一般在保證焊縫強(qiáng)度和和技術(shù)要求的前提下焊點(diǎn)的距離應(yīng)盡可能的大些， 因?yàn)樵诤缚p長(zhǎng)度一定的范圍內(nèi)，焊點(diǎn)布置的越多，點(diǎn)距越小，分流越大，焊點(diǎn)核心尺 寸減小，反而降低了焊縫的強(qiáng)度。 2.3.3 焊鉗的選型 焊點(diǎn)分組工作完成后即可進(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（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(zhuǎn)環(huán)）根據(jù)焊點(diǎn)位置和操作位置確定。焊鉗型號(hào) 的確定要在焊裝夾具總圖設(shè)計(jì)完成之后，根據(jù)選定的焊鉗制造商提供的實(shí)際型譜進(jìn)行 焊鉗型號(hào)的選擇。 2.3.4 焊裝工藝卡 焊裝工藝過程卡是焊裝線設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試整個(gè)過程的指導(dǎo)性文件，是焊裝線全 部工作的基礎(chǔ)，焊裝工藝過程卡的編制深度和質(zhì)量對(duì)焊裝線設(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。依據(jù)流程圖，焊接工藝卡要反映各沖壓件、分總成 件、標(biāo)準(zhǔn)件等白車身上一切部件的裝焊、裝配次序，同時(shí)要標(biāo)明焊點(diǎn)位置、數(shù)量、焊 接層數(shù)，并根據(jù)平面圖的規(guī)劃，詳細(xì)描述變壓器數(shù)量、焊鉗數(shù)量、類型。焊鉗選型時(shí)， 喉深與喉寬除考慮焊接部位外，還應(yīng)對(duì)周圍干涉物、可預(yù)見的夾具干涉及焊鉗本身的 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 吊環(huán)、氣缸、轉(zhuǎn)盤等進(jìn)行考慮。焊鉗型號(hào)確定、建模完成后，夾具設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行復(fù) 合校核。夾具建模完成后，還要對(duì)焊接操作性行檢查，并相應(yīng)修改焊鉗模型與工藝卡 內(nèi)容。工藝卡在描述多層焊時(shí)焊點(diǎn)應(yīng)以不同的符號(hào)表示不同層數(shù)的焊接。工藝卡還要 對(duì)每一動(dòng)作計(jì)算時(shí)間，以驗(yàn)證是否滿足節(jié)拍要求。 2.3.5 車身的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)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(duì)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。 (2)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，做到近期合理、遠(yuǎn)期可 行。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。 (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(jī)械化運(yùn)輸設(shè)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(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。 (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(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。 (7)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。 (8)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)信息，就 要求在設(shè)備定貨技術(shù)任務(wù)書明確功能及接口條件。 2.4 車身焊裝夾具的結(jié)構(gòu)、定位及夾緊的特點(diǎn) 2.4.1 車身焊裝夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 車身焊裝夾具體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了便于制造、裝配、檢測(cè)和維修，必須對(duì) 夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，否則，無法進(jìn)行測(cè)量。LG-1 車身總裝夾具有 3 個(gè)裝配基準(zhǔn)：底 板、左側(cè)圍和右側(cè)圍，在它們的平面上都加工有基準(zhǔn)槽和坐標(biāo)線，定位夾緊組合單元 按各自的基準(zhǔn)槽進(jìn)行裝配、檢測(cè)，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(diǎn) 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(tái)、拉延和壓彎 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 成型的臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)元件。在焊裝夾具上要分別對(duì)各 被焊工件進(jìn)行定位，并使其不互相干涉，在設(shè)計(jì)定位元件時(shí)要充分利用工件裝配的相 互依賴關(guān)系作為自然的定位支承。有的工件焊接成封閉體，無法設(shè)置定位支承，可要 求產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)沖平臺(tái)、翻邊作為定位控制點(diǎn)。對(duì)于要求不嚴(yán)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(hào)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(biāo)標(biāo)注尺寸，不注公差。 2.4.3 車身焊裝夾具的夾緊特點(diǎn) 焊接通常在多個(gè)個(gè)工件間進(jìn)行，夾緊點(diǎn)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(zhuǎn)力矩，當(dāng)工件的重力與點(diǎn)焊 時(shí)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(zhǔn)確的裝配位置與 定位基準(zhǔn)貼合，此時(shí)可以省去夾緊機(jī)構(gòu)。為減少裝卸工人的輔助時(shí)間，夾緊應(yīng)采用高 效快速裝置和多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。作用點(diǎn)要作用在支承點(diǎn)上，只有對(duì)剛性很好的工件才允 許作用在幾個(gè)支承點(diǎn)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(zhǔn)。夾緊 力主要用于保持工件裝配的相對(duì)位置，克服工件的彈性變形，使其與定位支承或?qū)щ?電極貼合，對(duì)于 1.2mm 厚度以下的鋼板，貼合間隙不大于 0.8mm，每個(gè)夾緊點(diǎn)的夾 緊力一般在 300-750N 范圍內(nèi)；對(duì)于 1.5-2.5mm 之間的沖壓件，貼合間隙不大于 1.5mm,每個(gè)夾緊點(diǎn)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(dòng)或液壓。 2.5 車身焊裝夾具的精度控制及設(shè)計(jì)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(xiàng)中： (1)焊接夾具的定位基準(zhǔn)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)應(yīng)重合 這樣可以消除由于基 準(zhǔn)不同而產(chǎn)生的尺寸誤差，達(dá)到簡(jiǎn)化裝配協(xié)調(diào)關(guān)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(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，在生產(chǎn)過程中再根據(jù)實(shí)際需要的變形量對(duì) 夾具進(jìn)行調(diào)整。為控制車身焊接變形，焊接夾具定位件結(jié)構(gòu)應(yīng)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(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)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(yàn)夾具能否保證焊接 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 精度，對(duì)夾具與零件的協(xié)調(diào)性以及對(duì)零件之間匹配質(zhì)量進(jìn)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(yīng)分析是否會(huì) 影響車身匹配誤差。 (3)車身匹配的相關(guān)零件尺寸應(yīng)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(yán)格控制。值得注意的是，車身匹配的相關(guān)零件接一般不希 望也不允許有較大的強(qiáng)制變形。焊裝夾具精度標(biāo)準(zhǔn)由設(shè)計(jì)單位制定，其中規(guī)定了底板 基準(zhǔn)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(jìn)行檢測(cè)、判斷并進(jìn)行調(diào)整，合格后就固定定位銷。隨著機(jī)床加工精 度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對(duì)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(dá) 0.01mm±5μm，夾具支承面的垂直度達(dá)到 0.01mm/300mm， 平行度高達(dá) 0.01mm/500mm。 2.5.2 車身焊裝夾具設(shè)計(jì)的模塊化 夾具元件模塊化是實(shí)現(xiàn)焊接夾具組合化的基礎(chǔ)。可以利用模塊化方法設(shè)計(jì)出系列 化、標(biāo)準(zhǔn)化的夾具元件，然后快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開發(fā)的新基點(diǎn)。 省工、省時(shí)，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計(jì)為夾具 的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用 CAD 技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、 標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶用三維實(shí)體組裝夾具。同時(shí)研究 焊裝夾具實(shí)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(yàn)，了解市場(chǎng)需求，不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。 2.6 本章小結(jié) 本章對(duì)汽車車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及焊裝夾具原理、結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法、原則進(jìn)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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)走勢(shì)的夾具和制造技 術(shù)的進(jìn)步。汽車的車身制造質(zhì)量的控制逐漸成為國(guó)際汽車工業(yè)和學(xué)術(shù)界關(guān)注的重要課 題。車身制造中的基準(zhǔn)的選擇及焊裝夾具的結(jié)構(gòu)及精度是，保證車身精度關(guān)鍵中的關(guān) 鍵。本章通過對(duì)車身焊裝夾具的的介紹，也為車門焊裝夾具的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 第 3 章 車門內(nèi)板焊接設(shè)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(gè)電阻電焊焊點(diǎn)，焊縫長(zhǎng)達(dá) 40m 以上。現(xiàn)代的汽車制造廠在焊裝自動(dòng)生產(chǎn)線上，大量使用電阻焊機(jī)械手和機(jī)器人 進(jìn)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(duì)接電阻脈 沖 電 流 交 流 電 流 直 流 電 流 縫 焊 凸 焊 點(diǎn) 焊 對(duì) 焊 滾 對(duì) 焊 磁 場(chǎng) 貯 能 按供電方向 按同時(shí)完成焊點(diǎn)數(shù) 按實(shí)行過程的特點(diǎn) 單 點(diǎn) 多 層 雙 點(diǎn) 單 面 點(diǎn) 焊 雙 面 點(diǎn) 焊 電阻對(duì)焊 閃光對(duì)焊 按閃光特點(diǎn) 預(yù)熱閃光對(duì)焊連續(xù)閃光對(duì)焊 圖 3.1 電阻焊的分類 3.1.1 點(diǎn)焊 圖 3.2 和圖 3.3 為點(diǎn)焊原理過程示意圖。點(diǎn)焊時(shí)，將待焊的兩個(gè)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(gè)零件壓緊。再閉合開關(guān) K，接 通焊接變壓器，變壓器次級(jí)電流經(jīng)焊機(jī)機(jī)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?yàn)榕c焊件接觸的電極是由導(dǎo)電、導(dǎo)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(jìn)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(kuò)大形成融化核心（熔核） 。當(dāng)熔核尺寸達(dá)到所要求的大小時(shí)，切斷電流，但仍保 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 持足夠的電極壓力，熔核在電極壓力的作用下冷卻結(jié)晶，形成焊點(diǎn)，而后去除壓力， 焊下一個(gè)點(diǎn)。 1- 變壓器 2- 電極 3- 板件 4- 熔化核心 圖 3.2 點(diǎn)焊原理圖 圖 3.3 點(diǎn)焊過程循環(huán)圖 （a）加壓 （b）通電 （c）斷電 （d）退壓 圖 3.4 點(diǎn)焊的焊接過程 3.1.2 縫焊 縫焊又稱滾焊，它是點(diǎn)焊發(fā)展而來的，就焊點(diǎn)形成的本質(zhì)來說，與點(diǎn)焊基本相同， 圖 3.4 為縫焊過程的原理示意圖?？p焊時(shí)，與焊件直接接觸的電極，采用圓柱形的滾 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 盤。滾盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用摩擦力帶動(dòng)焊件移動(dòng)。普通焊縫時(shí)，滾盤連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電流斷續(xù) 接通，每接通一次電流脈沖，即可形成一個(gè)焊點(diǎn)，這樣就可以形成一系列焊點(diǎn)。焊點(diǎn) 與焊點(diǎn)間的間距，可以按要求進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)相鄰焊點(diǎn)距離很小，熔核相互搭接三分之 一時(shí)，則形成強(qiáng)固密封焊縫。 3.1.3 凸焊 凸焊是點(diǎn)焊的演變形式。凸焊時(shí)，將待焊焊件中的任何一個(gè)用沖壓（或機(jī)加工） 方法制造出凸點(diǎn)，使焊接電流集中通過凸點(diǎn)，以達(dá)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(dòng)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(duì)焊 對(duì)焊是將焊件分別夾緊于左、右兩個(gè)鉗口（電極）內(nèi)；通常左鉗口固定于機(jī)架上 的定座板上，右鉗口則固定于可沿機(jī)架臺(tái)面上的導(dǎo)軌左右移動(dòng)的座板上。根據(jù)工藝不 同可分為電阻對(duì)焊和閃光對(duì)焊。 3.2 電阻焊的優(yōu)缺點(diǎn) 3.2.1 電阻焊的優(yōu)點(diǎn) 電阻焊方法主要用于毛坯準(zhǔn)備與組合件裝配工序。因此，在分析其優(yōu)缺點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)為： (1)與熔焊方怯比，電阻焊為內(nèi)部熱源，冶金過程簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)質(zhì)量，過對(duì)高速運(yùn)行的車輛、導(dǎo)彈、飛行器、 船舶制造等十分重要。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 (3)電阻焊因機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，可提高生產(chǎn)率，改善工作條件。適于安排 在自動(dòng)生產(chǎn)線上。通用點(diǎn)焊機(jī)焊接速度可達(dá) 60 點(diǎn)／min，快速點(diǎn)焊機(jī)可選 600 點(diǎn) /min。對(duì)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(dòng)條件好。閃光對(duì)焊時(shí)，有金 屬火花飛濺，應(yīng)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(diǎn) 盡管電阻焊具有很多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在如下一些問題： (1)焊點(diǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)?zāi)壳吧腥鄙俸?jiǎn)單而又可靠的無損檢驗(yàn)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(dòng)的因素均會(huì)造成熱量被動(dòng)，使焊接質(zhì)量 不穩(wěn)定。因而可靠的無損檢驗(yàn)方法巳成為確定焊接接頭質(zhì)量的關(guān)鍵。 (2)設(shè)備較復(fù)雜，功率大，投資較多。電阻焊機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高，相對(duì)于 一般熔焊設(shè)備要復(fù)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(fù)荷困難。 (3)焊件的尺寸，形狀、厚度及焊件的材料受焊機(jī)功率、機(jī)臂尺寸與結(jié)構(gòu)形狀的 限制，故對(duì)于一些封閉型、半封閉型結(jié)構(gòu)或因材料不適用等而不宜采用電阻焊進(jìn)行焊 接。 (4)點(diǎn)焊與縫焊多采用措接接頭，增加了構(gòu)件的質(zhì)量，焊縫受力時(shí)會(huì)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(duì)金屬材料焊接性的要求 3.3.1 金屬材料點(diǎn)焊、縫焊的特點(diǎn) 金屬材料點(diǎn)焊、縫焊的特點(diǎn)：金屬材料焊接時(shí)，要求焊接區(qū)及近縫區(qū)無嚴(yán)重缺陷 （裂紋、深度壓坑、燒穿等） ，金屬機(jī)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(dá)到和所采取工藝措施的復(fù)雜程度。 結(jié)合點(diǎn)焊、縫焊過程特點(diǎn)，評(píng)定材料電阻焊焊接性的指標(biāo)主要為材料的物理一化學(xué)性 能和機(jī)械性能。 (1)材料導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性：材料的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性決定熱源強(qiáng)度和熱場(chǎng)的分布， 從而決定了焊點(diǎn)的形狀、尺寸、結(jié)晶特點(diǎn)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(jī)功率及工藝過程，例如輕合金的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，焊接時(shí)應(yīng)選擇大 功率焊機(jī)。 (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(shí)，易出現(xiàn)裂紋等不允許的缺陷，因此應(yīng)注意選用合理工藝措施。材料高溫屈服限越 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 高，要求的電極壓力越大。例如，焊接耐熱合金，所用焊機(jī)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(jī)，因而浪費(fèi)了一部分電功率（因通用焊機(jī)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(jié)構(gòu)材料的物理一化學(xué)性能和機(jī)械性能 物理-化學(xué)特性 機(jī)械性能 類別及代表 合金 電 阻 率 m?Ω/β 熔 點(diǎn) CTr? 導(dǎo) 熱 系 數(shù) )(/λ kW? 線膨 脹系 數(shù) 610/α 比 熱 容 J/Kg? 密 度 1-/ρ cm 結(jié)晶 間隔 / C°對(duì)熱機(jī)械 作 用 敏 感 性 氧 化 膜 致 密 性 氧化 膜熔 點(diǎn) / C°2/)0(σ mNb? 低碳鋼 13 1530 48 11.5 480 7.85 1530 ～151 0 小 大 1420 （Fe O） 295～41 0 低合金鋼及 中碳鋼 16Mn 21 1480 40 12.5 0.85 7.85 1480~1350 大 中 —— 420～600 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 2.7 620~5 50 654~6 33 633~5 02 小 小 中 大 大 大 2030 160110 410 合金（MA2- 1） 12 632 230 —— 0.4 1 1.74 632~5 65 小 小 2800 160 銅合金（H62 黃銅） 8 108 3 108 20.6 368 8.9 905~8 90 小 中 1230 400 (3)材料對(duì)熱循環(huán)的敏感性。點(diǎn)焊、縫焊熱循環(huán)主要特點(diǎn)為加熱迅速（有時(shí)競(jìng)達(dá) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shí)間短， 因此材料在這循環(huán)過程中可能因組織轉(zhuǎn)變不完善或某些成分的分解、擴(kuò)散來不及完成 而出現(xiàn)在一般熱處理中不應(yīng)出現(xiàn)的組織。如低碳鋼(20 鋼)點(diǎn)焊時(shí)，接頭中可能出現(xiàn) 淬火組織，所以必須注意材料在點(diǎn)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(shí)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(diǎn)共晶的合金，常出熱裂紋+而結(jié)晶溫度區(qū)寬、塑性溫度區(qū)窄的材辯 出現(xiàn)裂紋機(jī)會(huì)更大。這些材料焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制工藝過程有關(guān)參數(shù)，采用較復(fù)雜工藝 措施。材料的焊接性好壞是相對(duì)的，同一種材料其焊接方法與工藝措施不同時(shí)，其焊 接性有很大差別。一般應(yīng)從材料熱物理性能、高溫機(jī)械性能及其對(duì)工藝過程的熱敏感 性來分析其工藝特點(diǎn)。常用結(jié)構(gòu)材料的物理一化學(xué)性能和機(jī)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 8～10 倍，要求焊機(jī)功率不很大；塑性溫度 區(qū)寬，易于獲得應(yīng)有塑性變形，不需要很高的電極壓力（F．比輕臺(tái)金低） ，結(jié)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(diǎn)氧化物，一般不會(huì)出現(xiàn)淬火組織或夾雜物，因此，點(diǎn)焊、縫焊中不需采用復(fù) 雜工藝措施，焊接質(zhì)量良好，但對(duì)冷軋低碳鋼薄板，在用軟規(guī)范點(diǎn)焊時(shí)，會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間 加熱使核心周圍熱影響區(qū)擴(kuò)大，晶粒長(zhǎng)大及軟化區(qū)變明顯，所以當(dāng)接頭強(qiáng)度要求較高 時(shí)，不宜采用過長(zhǎng)的脈沖時(shí)間加熱。熱軋低碳鋼表面有較厚的氧化皮，若清理不良時(shí)， 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(duì)， 可能因粘連而撥松電投頭，使冷卻水滲出，井嚴(yán)重影響焊件表面質(zhì)量與電極壽命，故 應(yīng)認(rèn)真清理氧化皮。冷軋鋼表面的防銹油在點(diǎn)焊中可以擠出于焊接點(diǎn)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(shí)應(yīng)進(jìn)行表面清理，否則會(huì)出現(xiàn)氣 孔、裂紋，影響焊縫氣密性。按低碳鋼薄板點(diǎn)焊規(guī)范，焊點(diǎn)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(shí)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(yīng)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(jié)果使接頭強(qiáng)度降低，波動(dòng)性 增大。 縫焊前定位點(diǎn)焊的規(guī)范小于正式點(diǎn)焊規(guī)范。定位點(diǎn)焊偏離焊轉(zhuǎn)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(dòng)化，不需手動(dòng)控制焊 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 縫位置，而且焊機(jī)容量足夠時(shí)，也可采用 2～3m/min 的焊速。當(dāng)焊件厚度增大時(shí)， 焊速應(yīng)降低，以保證核心質(zhì)量極焊透率。 低碳鋼板厚度增大時(shí)，困難增多，因?yàn)椋?(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(tái)緊密，應(yīng)提高電極壓力 F． ．有時(shí)采用預(yù)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(jī)容量。 (3)大厚度捍件伸入焊接回路，使捍機(jī)次級(jí)回路阻抗加大，焊接電流降低，因而 要增大焊機(jī)容量，如果采用低頻式直流焊機(jī)，則可改善進(jìn)一影響。 (4)核心金屬熔化量增大，冷卻時(shí)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(yīng)適當(dāng)提高電極壓力和延長(zhǎng)焊接時(shí)間，而焊接時(shí)間的延長(zhǎng)，又會(huì)導(dǎo) 致電極嚴(yán)重過熱和電能的損耗增太。 因此，厚度大于 3.0mm 的低碳鋼點(diǎn)焊時(shí)，其主要措施是提高電極壓力及焊機(jī)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，通常可采用多脈沖規(guī)范(10—20 個(gè)脈沖)，使板件加熱均勻。 3.4 電阻焊設(shè)備 3.4.1 焊機(jī)的分類與要求 不同的電阻焊方法，采用不同的電阻焊設(shè)備，根據(jù) JB-802 焊機(jī)型號(hào)編制辦法規(guī) 定，焊機(jī)型號(hào)用漢語拼音和阿拉伯?dāng)?shù)字組成，其內(nèi)容表示如下： 近年來電焊機(jī)、縫焊機(jī)品種類型很多，通常按電潭、加壓機(jī)構(gòu)、完成接頭方式、 自動(dòng)化程度、電極數(shù)目、運(yùn)動(dòng)方式等分類。不管哪種點(diǎn)（縫）焊機(jī)，要完成焊點(diǎn)的循 環(huán)必須使焊機(jī)具備兩個(gè)部分，即電氣部分（電源、調(diào)節(jié)裝置、控制裝置）和機(jī)械部分 (加壓機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)等） ，見圖 3.5 和圖 3.6。電阻焊機(jī)除了制造簡(jiǎn)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(yīng)具有： (1)焊機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛性好，不致因加壓而使焊件變形、錯(cuò)位，甚至拉開等； (2)焊接回路有良好適應(yīng)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 或有夾具伸入回路時(shí)，對(duì)功率的影響盡量小。焊機(jī)應(yīng)有良好外特性，能發(fā)揮出最大容 量。 (3)程序動(dòng)作的轉(zhuǎn)換迅速、可靠，盡可能提高動(dòng)作速度，以提高生產(chǎn)率。各程序 間應(yīng)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(shí)不得抬起電極，氣壓 或水壓不足時(shí)可自動(dòng)切斷電流。 (4)調(diào)整焊機(jī)及更換電極都方便，主要部件接觸良好，保護(hù)可靠，冷卻好。 3.4.2 點(diǎn)焊機(jī) 常用的點(diǎn)焊機(jī)種類有：固定式點(diǎn)焊機(jī)、懸掛式點(diǎn)焊機(jī)和多點(diǎn)點(diǎn)焊機(jī)等。 固定式點(diǎn)焊機(jī)：固定式點(diǎn)焊機(jī)的結(jié)構(gòu)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(guān)，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(jī)臂，上下電極夾，上下電極） ，加壓系統(tǒng)（氣缸，電磁閥等）和機(jī)體等組成。 圖 3.7 是縫焊機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖。 1-腳踏板開關(guān) 2-電極冷卻水管 3-下機(jī)臂 4-下電極 5-上電極 6-上機(jī)臂 7-加壓氣缸 8-電磁氣閥 9-變壓器 10-機(jī)體 11-接角器 圖 3.6 點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)造 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 1-電源 2-加壓機(jī)構(gòu) 3-滾盤 4-焊接回路 5-機(jī)架 6-傳動(dòng)與減速機(jī)構(gòu) 7-開關(guān)與減速機(jī)構(gòu) 圖 3.7 縫焊機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 1-開關(guān) 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(jī)臂 9-夾持器 10-電極 11-工件 圖 3.8 點(diǎn)焊機(jī)工作原理圖 3.4.3 移動(dòng)式點(diǎn)焊機(jī) 對(duì)于尺寸大、重量重、外形具有較復(fù)雜的型面、型線以及全位置點(diǎn)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(jìn)行裝焊，廣泛的采用移動(dòng)式點(diǎn)焊機(jī)。 移動(dòng)式點(diǎn)焊機(jī)按采用的焊槍形式分為手動(dòng)式、反作用式和懸掛式。其結(jié)