【正文】 .......................... 36 ......................................................... 38 ......................................................... 39 第 7章 結(jié)論與展望 ........................................................ 40 ............................................................... 40 ............................................... 42 第 8章 參考文獻 .......................................................... 43 致 謝 .................................................................. 44 xxxxxxx 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 第 1 章 緒論 汽車自 19 世紀(jì)末誕生至今 100余年期間，汽車工業(yè)從無到有，以驚人的速度發(fā)展，寫下了人類近代文明史的重要篇章。 本文針對 RH06 左車門總成補焊夾具的具體設(shè)計，簡介焊裝生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝流程；分析了焊裝夾具的設(shè)計原理，與氣動設(shè)計。最后本文提出了設(shè)計不足與對汽車焊裝行業(yè)發(fā)展的預(yù)測。汽車是數(shù)量最多、普及最廣、活動范圍最廣泛、運輸量最大的重要的現(xiàn)代化陸地交通工具。從汽車開始大批生產(chǎn)至 20世紀(jì) 30 年代末，被稱為汽車技術(shù)發(fā)展的黃金時代。其中焊接是最主要的連接方法，它直接 影響著車身質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。而采用焊裝夾具可以精確地對裝配零件進行定位和牢固地夾緊 ,不僅可以保證裝配零件的相對位置 ,而且在焊接過程中使零件的變形受到一定的限制 ,從而大大地減小焊接變形。車身焊裝夾具上，板狀定位較多，定位板一般用 AA5 號鋼板，厚度為 1220mm。 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。高精度夾具的定位孔距精度高達 177。支座是夾具的基礎(chǔ)單元，它將夾具固定在焊裝線的基座上面，其精度直接影響夾具的準(zhǔn)確性。為適應(yīng)汽車改型快、研制周期短的發(fā)展要求，在進行夾具的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化元件。 。如圖 21 所示。這是夾具設(shè)計的首要問題。 (3)被裝焊零件焊接工藝方法主要為電阻點焊、 MAG 焊、少量電阻縫焊， T 形接頭采用電阻凸焊或螺柱焊，近 1O 余年來發(fā)展了薄板激光焊代替點焊、縫焊、 MAG 焊，還有用 CuSi3 焊絲的 MIG 銅釬焊 (尤其對鍍鋅板結(jié)構(gòu) )。 （ 4）柔性化階段 隨消費者對汽車品味要求的不同，多品種小批量的生產(chǎn)越來越成為汽車生產(chǎn)的主流，因此對工裝設(shè)備的柔性要求越來越高，焊裝線的柔性表現(xiàn)在兩個方面：全面柔性 ，即能生產(chǎn)各種不同規(guī)格的車；替換柔性，即生產(chǎn)線上的某一部分出現(xiàn)故障，只要降低生產(chǎn)仍可工作。 在夾具設(shè)計的時候，需要重點考慮的一個問題就是焊點工藝分布，考慮焊接夾xxxxxxx 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 具的可操作性，夾具不能與焊機焊接有干涉，因此在夾具設(shè)計過程中，在三維數(shù)模中，用焊鉗模擬在夾具平臺上焊接過程。 ①夾具地板 夾具地板是焊接夾具的基礎(chǔ)元件，它的精度直接影響定位機構(gòu)的準(zhǔn)確性，因此對工作平面的平面度和表面粗糙度均有嚴(yán)格的要求。 4)定位元件可選用厚度為 16mm、 18mm、 20mm 三種尺寸的鋼板，統(tǒng)一備料。 4)同氣缸配套使用，可實現(xiàn)手動、氣動混用，保證了流水線正常運行。在設(shè)計翻轉(zhuǎn)夾具時需要設(shè)計止動機構(gòu)，以防止夾具自動回復(fù)原位造成事故。 測量機構(gòu)的基準(zhǔn)面為夾具地板的工作表面；基準(zhǔn)槽是在夾具地板上設(shè)計兩條相互垂直的十字交叉槽，其結(jié)構(gòu)如圖 26。盡快使我國的汽車生產(chǎn)水平趕上發(fā)達國家的先進水平，使我國的汽車工業(yè)與國際市場接軌。 (3)固定零件：用以承裝工作零件和夾緊器，或使夾具安裝固定在工作臺上，是夾具安裝和檢驗的基礎(chǔ)。 基板 基板一般由槽鋼與鋼板焊接而成，槽鋼多采用 1 1 1 25b等，鋼板厚度多采用 t=20mm 或 t=25mm。 圖 37 定位塊及壓頭標(biāo)準(zhǔn) 定位塊毛配已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)件，常用的高度可以劃分為三種規(guī)格 50mm、 70mm、 90mm,（但根據(jù)車身零件的不同可以調(diào)整），寬度已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)可以化為兩準(zhǔn) 規(guī)格 16mm、19mm。xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 22 圖 310 墊片標(biāo)準(zhǔn) 定位銷 定位銷是定位車身部件的重要方式，一般定位銷與白件的孔配合，定位銷的直徑一般比工件相應(yīng)孔減 ,形狀根據(jù)工件上的空的形狀，長度一般首先保證伸出工件 510mm,長度一般選取為 15mm、 20mm、 25mm 三個系列，盡量選用長度大于 20 的長銷。 圖 41 在夾具計算機輔助 設(shè)計總體方案設(shè)計中，首先必須確定夾具的設(shè)計基準(zhǔn)，它與汽車車身的設(shè)計基準(zhǔn)一致，夾具上全部元件的位置都是直接根據(jù)設(shè)計基準(zhǔn)確定的。分析車身沖壓件的特點，焊裝夾具設(shè)計時要采用超定位的方法，要考慮主定位和輔助定位，主支撐和輔助支撐等多個定位點和支撐點。 “ N21”定位原理 自由物體在空間有 6 個自由度，即饒 X、 Y、 Z 軸的移動和轉(zhuǎn)動。 在第二、第 三基準(zhǔn)面上分別需要 2 個和 1 個定位點去限制薄板件的剛體運動是完全足夠的，因為實際焊裝中夾緊力通常不會作用在這兩個基準(zhǔn)面方向上。根據(jù)有限元網(wǎng)格劃分的基本原則，為薄板沖壓件劃分合適的有限元網(wǎng)格模型。首先假定初始可行的夾具定位布置，然后基于有限元分析計算目標(biāo)函數(shù)，最 后由非線性優(yōu)化尋求定位點的最佳數(shù)目和布置形式，具體步驟為： ①按照有限遠網(wǎng)格劃分原則將工件進行網(wǎng)格劃分，在工件的可行位置按一定的xxxxxxx 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 27 間隔布滿支撐點，并將支撐點進行編號 (1,2,3,? ,N)。一套夾具設(shè)計是否合理，主要取決于設(shè)計者的組合水平，更主要的是通用化標(biāo)準(zhǔn)元件的編制設(shè)計程度，編制越多越細，設(shè)計時越得心應(yīng)手。其中圖 a是固定銷的位置與定位基準(zhǔn)面不一致的情況，這時可設(shè)計一固定支架將銷固定在定位板上，結(jié)構(gòu)簡單、可靠；圖 b 和圖 c 是固定銷的位置與定位基準(zhǔn)面一致的情況，在圖 b 中是通過螺母連接來防止銷在工作過程中發(fā)生移動，這種結(jié)構(gòu)形式為確保板手空間對定位板的加工量較大，從而削弱了定位板的強度；圖 c 則是通過安裝一個緊定螺釘來防止銷的移動。 夾緊元件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計 車身裝焊時，為了克服零件的彈性變形和其他外力的影響，保證車身沖壓件的定位基準(zhǔn)面與定位塊的緊密配合，必須借助夾緊機構(gòu)對零件施加夾緊力，夾緊力主要用于保持零件裝配的相對位置，保證裝配精度。當(dāng)沖壓件斷面形狀復(fù)雜，在水平和垂直方向需要同時定位及夾緊時，為防止夾緊元件在打開過程中與零件發(fā)生干涉，將夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計成兩節(jié)銷形式，并且此時定位板上有限位結(jié)構(gòu)，這時氣缸必須固定安裝，在工作過程中只是氣缸的活塞桿上下移動，而整個氣缸不發(fā)生擺動。 夾具計算機輔助設(shè)計很大一部分工作是從夾具工程 數(shù)據(jù)庫中選取夾具元件的過xxxxxxx 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 31 程，實際上是提出功能夾具需求，尋求滿足相應(yīng)功能夾具元件的過程，也就是夾具功 構(gòu)關(guān)系映射滿足的過程。②結(jié)構(gòu)單元的裝配。本章提出了焊裝夾具計算機輔助總體控制方案，采用有限元分析法確定車身焊裝夾具的定位點數(shù)量與位置；結(jié)合重慶元創(chuàng)公司的系統(tǒng)開發(fā) ，提出了焊裝夾具計算機輔助設(shè)計的工程數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)；研究了焊裝夾具部件標(biāo)準(zhǔn)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，提出了焊裝夾具評價目標(biāo)樹。而由伺服電機驅(qū)動電 極的新型伺服焊鉗能夠精確地控制電極電壓及位移；中頻逆變直流點焊機以其 快速的響應(yīng)速度，穩(wěn)定的電流控制，大大改善了新材料的焊接質(zhì)量，已經(jīng)得到 越來越廣泛地應(yīng)用。對車門總成質(zhì)量進行了詳細的統(tǒng)計分析，根據(jù)裝配精度 與理論值相比存在的偏差，對工裝夾具進行調(diào)整。柔性薄板裝 配是一個形閉合和力閉合的耦合過程，因此將有限元法用于偏差分析成為發(fā)展 趨勢。該模型克服了有限元計算量過大 的缺點，解決了一維偏置梁單 元模型的計算精度問題。車門本體屬于白車身范疇是白車身的重要組成部分，指作為整體未進行涂裝、裝配的薄板焊接總成，包 括車門外板、車門內(nèi)板、各種車門加強板、玻璃導(dǎo)軌等，是實現(xiàn)車門整體造型 效果、強度剛度、可靠性以及工藝性的基礎(chǔ)框架；而附件則是為滿足車門的多 項功能要求，在車身上裝配的零件及總成，包括門鎖系統(tǒng)、車門鉸鏈、車門限 位器、車門玻 璃、車門玻璃升降器、車門拉手、窗簾、車門密封件以及車內(nèi)外飾件等。夾具在汽車焊裝線上占有相當(dāng)大的比例，它的設(shè)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。然后在工件容易變形的部位、受焊接設(shè)備沖擊較大的部位再設(shè)置輔助定位點。 如果定 位點、夾緊點設(shè)置不合理的話 , 夾具加工精 度再高 , 也無法保證能焊出高質(zhì)量的工件。 圖 61 圖 62 xxxxxxx 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 37 圖 63 圖 64 圖 65 xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 38 圖 66 xxxxxxx 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 39 圖 67 上角表格中的按鈕數(shù)目為了保 證現(xiàn)場安裝時候不會出現(xiàn)問題而多定制的按鈕標(biāo)盤 xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 40 第 7 章 結(jié)論與展望 汽車制造業(yè)是全球性重要支柱產(chǎn)業(yè)，在激烈的市場競爭中，必須根據(jù)市場需求，盡快地制造出客戶滿意的個性化汽車。車門按開 啟方式分為順開式、逆開式、推拉式、折疊式、外擺式以及上掀式等xxxxxxx 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 35 類型；按 窗框工藝形式可分為整體窗框車門、獨立窗框車門和無窗框車門。提出了綜合考慮零件結(jié)構(gòu)分析與統(tǒng) 計分析的偏差流理論。建立數(shù)學(xué)模型模擬零件焊裝過程，分析尺寸偏差在裝配過程中的傳遞原理。針對制造過程中所出現(xiàn)的尺寸偏差，進行診斷分析以識別偏差的根本原因，從而實現(xiàn)制造過程的偏差控制。 另外，隨著白車身輕量化與安全要求的不斷提高，大量 輕質(zhì)高強鋼廣泛 用于制造白車身重要的結(jié)構(gòu)件，如車門加強板，這些新材料的特殊物理化學(xué)屬 性給焊接技術(shù)提出新的要求。 xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 32 焊裝夾具的設(shè)計是汽車焊裝生產(chǎn)實現(xiàn)的關(guān)鍵，焊裝夾具的結(jié)構(gòu)特點決定了其實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計的可能性。 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟為：①結(jié)構(gòu)單元的匹配與創(chuàng)建，根據(jù)概念設(shè)計階段的功能要求，經(jīng)過功 —— 構(gòu)映射過程，形成夾具的功能單元集合。將這些零部件或機構(gòu)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，實現(xiàn)夾具結(jié)構(gòu)的通用化和系列化，從而有利于夾具適應(yīng)不同的產(chǎn)品生產(chǎn)要求。一般氣動夾緊件的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用一節(jié)銷形式，通過連接銷軸的位置精度 (177。定位板上的定位面 形狀取決于與相接觸的沖壓件的 CAD數(shù)據(jù)，在制造過程中為保證定位面的形狀、尺寸精度，常采用數(shù)控加工或靠模加工。根據(jù)沖壓件的形狀、其上定位孔的位置以及裝焊過程中零件的裝卸順序，可將定位銷 設(shè)計成為固定式和移動式兩種。 圖 42 設(shè)計 焊裝夾具結(jié)構(gòu)計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵是對焊裝夾具零部件進行標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，以及采用可調(diào)式結(jié)構(gòu)設(shè)計。 n 是有限元節(jié)點數(shù)，節(jié)點的變形考慮在方程 F(x)里。 有限元法是一種求解場問題的數(shù)值方法，其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是變分原理，核心思想是離散化和分片插值，用網(wǎng)格去逼近所分析的場。因此，對于薄板件而言，最合理的夾具系統(tǒng)是“ N21”定位原理，要求其第一基準(zhǔn)面上存在多于 3 個定位點，去限制這一方向上的零件變形。 美國汽車工業(yè)的統(tǒng)計表明， 72%的車身制造誤差源于焊裝夾具定位誤差，因此如何有效地減少和控制定位誤差的影響，對提高焊裝質(zhì)量至關(guān)重要。但是，值得注意的是：選擇好的定位點的數(shù)量和位置是焊裝夾具設(shè)計的關(guān)鍵。 xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 24 第 4 章 汽車焊裝夾具計算機輔助設(shè)計 汽車焊裝夾具的計算機輔助設(shè)計要經(jīng)歷 3 個步驟：夾具方案設(shè)計；夾具元部件設(shè)計；夾具組裝與評價。長度墊片主要的有兩種規(guī)格，長度為 50mm， 25mm。 圖 36 工件與基板面尺寸較大時需要在 L 支板與基板之間使用 H 腿 xxxxx： RH06 左車門總成補焊夾具 20 安裝板工藝要求 安裝板大部份都為非標(biāo)準(zhǔn)件，其本身并不直接定位工件，板的材料一般使用Q235A，依據(jù)合同及技術(shù)協(xié)議其厚度分為 16mm 及 19mm 兩種規(guī)格。 圖 34 固定銷和旋轉(zhuǎn)銷 夾具零件目前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化建庫 xxxxxxx 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 19 為適應(yīng)汽車改型快、研制周期短的發(fā)展要求，在進行夾具的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡可能多的采用標(biāo)準(zhǔn)化元件。 (2)夾緊器：實現(xiàn)夾具的夾緊動作，由氣缸或手動夾緊器驅(qū)動，保證定位元件與薄板 件緊密接觸，同時保證薄板件在焊