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SY-025-BY-2
畢業(yè)設計（論文）任務書
學生姓名
姜巖
系部
汽車與交通工程學院
專業(yè)、班級
車輛工程07-2 班
指導教師姓名
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
轎車前門內板焊裝夾具設計
一、設計（論文）目的、意義
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，就我國目前我國的汽車生產水平而言，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。汽車焊裝夾具可以保證和提高汽車產品質量，提高勞動生產率，改善勞動生產條件，降低產品制造成本，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，受到國內外汽車行業(yè)的廣泛關注。合理的設計焊裝夾具是保證焊接質量、提高勞動生產率、減輕工人勞動強度、降低車身制造成本的根本途徑。
二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法）
設計內容：
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；
7.撰寫設計說明書。
技術要求：
1.設計轎車前門內板焊裝夾具；
2.要求：保證加工質量，設計標準化、系列化；
3.生產綱領：成批生產。
三、設計（論文）完成后應提交的成果
CAD繪制轎車前門內板焊裝夾具裝配圖、零件圖折合0號圖紙3張以上，設計說明書15000字以上。
四、設計（論文）進度安排
（1）知識準備、調研、收集資料、完成開題報告 第1～2周（2.28～3.11）
（2）整理資料、提出問題、撰寫設計說明書草稿、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，焊裝夾具結構設計，CAD繪制夾具裝配草圖等部分設計內容，中期檢查 第6～8周（4.4～4.22）
（4）改進完成設計，改進完成設計說明書，指導教師審核，學生修改 第9～12周(4.25～5.20)
（5）評閱教師評閱、學生修改 第13周（5.23～5.27）
（6）畢業(yè)設計預答辯 第14周（5.30～6.3）
（7）畢業(yè)設計修改 第15～16周（6.6～6.17）
（8）畢業(yè)設計答辯 第17周（6.20～6.24）
五、主要參考資料
1.楊握銓.汽車裝焊技術及夾具設計.北京理工大學出版社
2.韓根云.汽車車身焊接夾具的設計.新技術新工藝
3.王政，劉萍，焊接工裝夾具及變位機械圖冊.北京：機械工業(yè)出版社
4.黃天澤，黃金陵主編，汽車車身結構與設計.北京：機械工業(yè)出版社
5.陳家起，羅虹，張偉編，汽車車身制造工藝學.重慶：重慶大學出版社
6.盛步云等，虛擬制造系統(tǒng)中汽車覆蓋件焊接夾具設計方法.武漢：武漢汽車工業(yè)大學學報
7.網(wǎng)絡資源，超星數(shù)字圖書館
8.近幾年相關專業(yè)CNKI網(wǎng)絡期刊等
六、備注
指導教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
畢業(yè)設計（論文）開題報告
設計（論文）題目: 轎車前門內板焊裝夾具設計
院 系 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
導 師 姓 名: 石美玉
開 題 時 間: 2011年3月11日
指導委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設計（論文）開題報告
學生姓名
姜巖
系部
汽車與交通工程學院
專業(yè)、班級
車輛工程B07-2班
指導教師姓名
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
轎車前門內板焊裝夾具設計
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，其產量，質量與發(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，而汽車產量和質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水平而言，除某些生產廠或合資廠從國外引進一部分先進技術和工裝設備外，不少生產廠生產制造水平很低。較為突出的是在汽車大型覆蓋件的沖壓工藝及模具，汽車裝焊設備及夾具和胎具，汽車涂裝等生產技術方面還很落后，它直接影響著生產規(guī)模，生產效率和生產質量。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。
（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量、生產率和經(jīng)濟性。在生產線上有 200 個左右的裝配工作站進行大批量、快節(jié)奏的焊裝生產。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。汽車焊裝結構生產中裝配和焊接是兩個重要的生產環(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 1700～2500 個，焊點多達 3000～4000 個。其中夾具的定位部分需用車身產品的 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整性等方面來評價汽車焊裝夾具設計的好壞。
（3）國內外汽車焊裝夾具的發(fā)展現(xiàn)狀
圍繞著提高產品裝配精度這個主題，國內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。軟件包括安裝調試手冊、調整圖等；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, 夾具已成為保證產品質量、實行全面質量管理的重要手段, 在新產品的研制過程中, 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)產品更新?lián)Q代和老產品改造的需要。
目前，在汽車制造業(yè)中，車身制造質量最好的是日本，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。
2.選題目的和意義
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，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；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。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，便于平衡工位時間，降低非生產用時。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量、質量的關鍵設備。合理的設計焊裝夾具是保證焊接質量、提高勞動生產率、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品質量，提高勞動生產率，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，受到國內外汽車行業(yè)的的廣泛關注。保證焊件質量，生產效率高，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?？偠灾?，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。
二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題
1.設計（論文）的基本內容
(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。
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、技術路線（研究方法）
分析任務書和設計資料
轎車前門內板焊裝工藝分析
夾具設計的技術條件
車門的材料
裝配焊接夾具的設計要求
焊點布置原則
結構開敞性
裝配焊接夾具的分類
焊接接頭型式
精度合理性
夾具的設計基準
完成設計說明書
定位元件及夾緊元件
基板
旋轉及翻轉機構
完成裝配圖和零件圖
四、進度安排
（1）知識準備、調研、收集資料、完成開題報告 第1～2周（2.28～3.11）
（2）整理資料、提出問題、撰寫設計說明書草稿、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，焊裝夾具結構設計，CAD繪制夾具裝配草圖等部分設計內容，中期檢查 第6～8周（4.4～4.22）
（4）改進完成設計，改進完成設計說明書，指導教師審核，學生修改 第9～12周(4.25～5.20)
（5）評閱教師評閱、學生修改 第13周（5.23～5.27）
（6）畢業(yè)設計預答辯 第14周（5.30～6.3）
（7）畢業(yè)設計修改 第15～16周（6.6～6.17）
（8）畢業(yè)設計答辯 第17周（6.20～6.24）
五、參考文獻
[1]楊握銓.汽車裝焊技術及夾具設計.北京理工大學出版社，1996.
[18]雷玉成，于治水.焊接成型技術.化學工業(yè)出版社，2004.
[19]張迪妮.先進制造技術[M]. 北京大學出版社，2006.
[3]王政，劉萍.焊接工裝夾具及變位機械圖冊.北京：機械工業(yè)出版社，2006.
[4]黃天澤.黃金陵主編，汽車車身結構與設計.北京：機械工業(yè)出版社，2005.
[5]宋曉琳.汽車車身制造工藝學. 北京理工大學出版社，2006.
[6]成大先主編.機械設計手冊，第五版，第一卷，北京：化學工業(yè)出版社，2008.
[7]聞邦椿主編.機械設計手冊，第五版，第一卷，北京：機械工業(yè)出版社，2010.
[8]胡敏.轎車車體裝偏差研究方法綜述[J]. 汽車與配件, 2007, (34) _2 .
[9]史豐榮，韓華偉，周維華等.焊裝夾具方案設計智能CAD技術研究 [J] .中國工程機械學報， 2010，08 (2) .
[10] 莫澤文，劉俊華，池源等.柔性焊裝夾具的設計及制造 [A] . 2008年中國汽車工程學會年會論文集[C] .2008 .
[12]姚春玲，張俊華.汽車車身焊裝夾具的三維設計.制造也自動化，2009，7（31）.
[13]呂毅，周華.汽車焊接拼臺上的氣路系統(tǒng)設計及管路布置淺談 [J].裝備制造技術，2008，(3) _4.
[14]徐杰，雷剛.轎車車門焊點布置優(yōu)化設計及仿真分析[A].重慶工學院學報，2009，23（11）.
[15]林忠欽.汽車車身制造質量控制技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.
[16]席升印.基于實例的車身總拼柔性夾具方案設計研究[碩士學位論文].上海;上海交通大學，2008.
[16]汪文芳.轎車車身尺寸控制與夾具工藝設計分析[碩士學位論文].武漢;武漢理工大學，2010.
[17]佟靜.RPS 理論在車門上的應用[碩士學位論文].吉林;吉林大學，2003.
[2] 王毅，楊建國等.可重構新型汽車車身焊接夾具設計 [J] .機械設計與制造，2008，(9) _2.
[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
指導教師意見：
簽字： 年 月 日
本科學生畢業(yè)設計 轎車前門內板焊裝夾具設計 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 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周期。 以車門為例，車門內板的焊裝質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板焊裝夾具的設計。通過對車門內板焊 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、車門內板三個件焊裝 夾具的總體設計。 關鍵詞：車門內板；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 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 國內外汽車焊裝夾具的發(fā)展現(xiàn)狀 ..........................................................................................3 1.5 車門內板焊裝夾具的技術要求及設計內容 ........................................................................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 前車門內板總成及其裝配過程 .....................................................................................23 4.2 前車門內板的材料 ..................................................................................................................24 4.2.1 各汽車廠用鋼板型號 ......................................................................................................24 4.2.2 車門內板材料 ...................................................................................................................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，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；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。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，便于平衡工位時間，降低非生產用時。 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量、質量的關鍵設備。合理的設計焊裝夾具是保證焊接 質量、提高勞動生產率、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品質量，提高勞動生產率，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，受到國內外 汽車行業(yè)的的廣泛關注。保證焊件質量，生產效率高，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?？偠灾?，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，其產量，質量與發(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，而汽車產量和質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水平而言，除某些生產廠或合資廠從國外引 進一部分先進技術和工裝設備外，不少生產廠生產制造水平很低。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，汽車涂裝等生產技術 方面還很落后，它直接影響著生產規(guī)模，生產效率和生產質量。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 40％～60％，它通常是由 300～500 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量、生產率和經(jīng)濟性。在生產線上有 200 個左右的裝配工 作站進行大批量、快節(jié)奏的焊裝生產。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。汽車焊裝結構生產中裝配和焊接是 兩個重要的生產環(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 1700～2500 個，焊點多達 3000～4000 個。其中夾具的定位部分需用車身產品的 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 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 國內外汽車焊裝夾具的發(fā)展現(xiàn)狀 圍繞著提高產品裝配精度這個主題，國內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。軟件包括安裝調試手冊、調整圖等；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, 夾具已成為保證產品質量、 實行全面質量管理的重要手段, 在新產品的研制過程中, 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)產品更新 換代和老產品改造的需要。目前，在汽車制造業(yè)中，車身制造質量最好的是日本，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 車門內板焊裝夾具的技術要求及設計內容 技術要求： 1.設計轎車前門內板焊裝夾具； 2.要求：保證加工質量，設計標準化、系列化； 3.生產綱領：成批生產。 設計內容： 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 40％～60％。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 1700～2500 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，其制造質量顯著影響到整車的性能，并直接關系到汽車產品的市場競爭力，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 3～4 年，近年已縮短為 1.5～3 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，汽車車身質量水平有了很大提高，許多國內設備制造企業(yè)也紛紛引進技術， 購買產品生產專利權及合資合作生產國內急需設備，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（Pro-volume Production） 、生產 啟動（Launch Time）和大規(guī)模生產（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)模試生產和生產啟動階 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)定生產階段。在大 規(guī)模生產階段，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，偏差分為平面內和非平面內的兩種，由于夾緊單元剛性運動的 性質引起的偏差是平面內的偏差；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)模生產時間，較快的進入穩(wěn)定生 產階段，另一方面是最大限度的維持生產狀態(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啟動階段和生產過程的偏差控制。 兩者的主要不同是生產啟動階段的故障缺乏穩(wěn)定生產過程的偏差診斷經(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、車身內外裝飾件和車 身附件、座椅以及通風、暖氣、冷氣、空氣調節(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工藝。焊接工藝 設計可以稱得上是焊接生產線的“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線的開發(fā)中占有舉足輕重的地位，是產生高性價比焊接生產線的 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 4～6s/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，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