【導(dǎo)讀】汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、車橋、車架、車身、車廂六大總成都離不。開焊接技術(shù)的應(yīng)用。在汽車零部件的制造中，點(diǎn)焊、凸焊、縫焊、滾點(diǎn)（凸）焊、特別適合，因此，在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用最多。在投資費(fèi)用中點(diǎn)焊約占75%，其它焊。氬弧焊、氣焊、釬焊、摩擦焊、電子束焊和激光焊。生產(chǎn)量大、自動(dòng)化程度高、全社會(huì)提高科技意識(shí)，多方面增加科技投入，真正依靠科技進(jìn)步。理配置力量，確定各自攀登高峰的目標(biāo)。汽車自上個(gè)世紀(jì)末誕生以來，已經(jīng)走過了風(fēng)風(fēng)雨雨的一百多年。

　　

【正文】 人三類。 手工焊接設(shè)備主要包括懸掛式點(diǎn)焊機(jī)、半自動(dòng) CO2 氣體保護(hù)焊機(jī)等，它們均屬于通用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。通過人工操作完成焊接工作，其獨(dú)立性較強(qiáng)，便于安裝、調(diào)整及維修，且價(jià)格低廉，所以在生產(chǎn)發(fā)展的各個(gè)時(shí)代都得到了廣泛地應(yīng)用。 自動(dòng)焊專機(jī)包括多點(diǎn)焊機(jī) 、臺(tái)式自動(dòng)焊機(jī)及各種焊接機(jī)械手，這些專機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)作簡(jiǎn)單、程序基本固定、制造成本及維修費(fèi)用高，只適用于某一種產(chǎn)品焊接，柔性程度低，所以，只有在單一品種、大批量生產(chǎn)的焊裝生產(chǎn)線上采用，以前，一般在年生產(chǎn)綱領(lǐng)為 6 萬輛以上的生產(chǎn)線上采用，現(xiàn)在只有更大年生產(chǎn)量的生產(chǎn)線才予以考慮。 焊接機(jī)器人是本體獨(dú)立，動(dòng)作自由度多，程序變更靈活、自動(dòng)化程度高、柔性程度極高的焊接設(shè)備。具有多用途功能、重復(fù)精度高，焊接質(zhì)量高、抓取重量大、運(yùn)動(dòng)速度快、動(dòng)作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，焊接機(jī)器人是焊接設(shè)備柔性化的最佳選擇。焊接設(shè)備作為焊裝生 產(chǎn)線的重要組成部分，是否采用焊接機(jī)器人是焊裝生產(chǎn)線柔性程度的重要標(biāo)志之一。 汽車制造的批量化、高效率和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量一致性的要求，使機(jī)器人生產(chǎn)方式在汽車焊接中獲得了大量應(yīng)用。據(jù) 2020 年的統(tǒng)計(jì)，全國共有各類焊接機(jī)器人 1040臺(tái)，而汽車制造和汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的76％，成為工業(yè)機(jī)器人的最主要用戶。早在 70 年代末，上海電焊機(jī)廠與上海電動(dòng)工具研究所合作研制出 4 軸直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手，成功地應(yīng)用于上海牌轎車底盤的焊接。在我國的汽車制造企業(yè)中，最早引進(jìn)焊接機(jī)器人的是長(zhǎng)春“一汽”，自 1984 年起從 KUKA 公司先后引進(jìn)了三臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，曾用于當(dāng)時(shí)“紅旗牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。 20 世紀(jì) 90 年代以后，焊接機(jī)器人的數(shù)量增加很快，如一汽的“捷達(dá)”車身焊裝車間， 13 條生產(chǎn)線的自動(dòng)化率達(dá) 80％以上，在焊接中應(yīng)用了 R30 型極坐標(biāo)機(jī)器人和 G60 型關(guān)節(jié)式機(jī)器人共 61臺(tái)；上海“匯眾”自 1993 年至今已使用的焊接機(jī)器人共 143 臺(tái)，其中弧焊機(jī)器人 120 余臺(tái)，以機(jī)器人焊接為主的生產(chǎn)線有 11 條，機(jī)器人焊接工作站 73 個(gè)。機(jī)器人 MIG/MAG 焊接工作量占 75％以上，為上海大眾、上海通用汽車公司提供后橋 、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤零件。東風(fēng)商用車車身廠駕六車間總裝線采用了 6 臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人， 3 臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)。一汽車身廠焊接車間只在主焊線個(gè)別工位采用了點(diǎn)焊機(jī)器人，點(diǎn)焊自動(dòng)化率很低。一汽車身廠十萬輛新品駕駛室主焊線采用了 21 臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，點(diǎn)焊自動(dòng)化率達(dá) 95%。東風(fēng)車身廠六萬輛新品駕駛室總裝線采用了 6 臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人， 1 臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)，點(diǎn)焊自動(dòng)化率不足 60%。與發(fā)達(dá)國家相比差距較大。 在國外，法國雷諾汽車公司與日本日產(chǎn)柴汽車公司都采用了全機(jī)器人的駕駛室焊裝線，駕駛室的裝配、涂膠、點(diǎn)焊全部由機(jī)器人完成。 在國內(nèi)，點(diǎn)焊機(jī)器人上所配備的焊鉗均為氣動(dòng)焊鉗，焊接時(shí)沖擊力較大，還有，由于工件的重復(fù)精度較差，電極處于凸緣邊緣時(shí)，焊鉗易滑出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞被焊工件。另外，電極磨損量的監(jiān)控反饋的精度較差，影響焊接質(zhì)量。在國外，機(jī)器人用焊鉗已逐步采用伺服焊鉗，焊接時(shí)沖擊小，并能實(shí)現(xiàn)精確控制，提高焊接質(zhì)量。 銅散熱器硬釬焊工藝技術(shù)的應(yīng)用 20 世紀(jì) 50 年代，汽車散熱器的制造主要采用銅材料的錫焊工藝。 20 世紀(jì) 60年代末到 70 年代初，因銅材料成本是鋁材料的 2～ 3 倍，為了降低成本和自重，開始采用鋁制散熱器的釬焊工藝技 術(shù)，采用半自動(dòng)化和自動(dòng)化生產(chǎn)加工作業(yè)，但鋁散熱器的工藝過程復(fù)雜，并污染環(huán)境。 90 年代以后，由于新型銅硬釬焊散熱器比鋁散熱器的制造成本更低。銅硬釬焊散熱器具有鋁制散熱器不可替代的優(yōu)點(diǎn)。 a、釬焊速度快，可降低加工成本； b、銅的導(dǎo)熱性好，強(qiáng)度和剛度大，可使材料的厚度減薄，為硬釬焊散熱器小型化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)； c、材料的回收和再生產(chǎn)利用率高。但是，釬焊爐的溫升率較高，冷卻速度必須嚴(yán)格控制，即對(duì)釬焊爐的精確控制要求較嚴(yán)。目前，東風(fēng)公司銅散熱器的焊接采用了軟釬焊工藝，其焊縫的高溫強(qiáng)度較低，特別是在重型車上，焊縫的密封性較 差。據(jù)報(bào)道，一汽將在新型載貨汽車上試用銅硬釬焊散熱器。 經(jīng)世界許多知名企業(yè)的實(shí)踐證明，銅硬釬焊工藝技術(shù)能在客車、載貨車和工程機(jī)械的散熱器、暖風(fēng)機(jī)、機(jī)油冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器及中冷器等產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮巨大的優(yōu)勢(shì)。 目前 Astro Air 公司生產(chǎn)的銅硬釬焊散熱器系統(tǒng)已經(jīng)在公共汽車、載貨車和其它工程設(shè)備中得到應(yīng)用；日本（ NAJICO）公司于 2020 年 10 月開始全面生產(chǎn)管帶式銅硬釬焊散熱器。 汽車制造中焊接數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用 在許多焊接結(jié)構(gòu)件中，由于焊接工藝本身的特點(diǎn)，焊縫接頭（特別 是弧焊接頭）存在著各種焊接缺陷和應(yīng)力集中，焊接應(yīng)力分布復(fù)雜，引起承載能力下降和焊接變形，采用常規(guī)的手段無法分析焊接應(yīng)力分布和預(yù)測(cè)焊接變形，很難控制焊接總成的質(zhì)量。因此采用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行焊接應(yīng)力和焊接變形方面的研究很有必要。通過焊接數(shù)值模擬，可以模擬出焊接過程中的應(yīng)力和應(yīng)變的變化和分布情況，為制定合理的焊接工藝提供理論依據(jù)。例如：客車車架的焊接變形的控制，目前，只能通過反復(fù)試驗(yàn)獲得相對(duì)合理的焊接工藝，試驗(yàn)存在著盲目性，并且試驗(yàn)周期長(zhǎng)、投入大，若采用數(shù)值模擬技術(shù)，可以經(jīng)濟(jì)、快速地模擬出正確的工藝方案。在國內(nèi)， 高校對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬技術(shù)研究的較多，并且已有一些成功的應(yīng)用案例。 數(shù)值模擬軟件很多，例如： ANSYS 和 SYSWELD 等各類模擬軟件。 2020 年日本大阪大學(xué)結(jié)合科學(xué)研究所提出了一個(gè)五年完成耗資 20 億日元（ 2 千萬美元）的國家課題：“高效與安全焊接技術(shù)的開發(fā)”，事實(shí)上它包括著一個(gè)焊接虛擬工程研究，其目的是開發(fā)一個(gè)用戶界面友好的高效與安全焊接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它同時(shí)給出三個(gè)精密模擬程序，即焊接過程模擬程序、被焊區(qū)域組織預(yù)測(cè)程序和變形預(yù)測(cè)程序；近來英國焊接研究所開發(fā)了一個(gè)“結(jié)構(gòu)變形預(yù)測(cè)系統(tǒng)”（ SDPS），可 以用來預(yù)測(cè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接變形。 車身焊裝工藝的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù) 在車身焊裝工藝設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)產(chǎn)品的工藝分塊是工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，目前，車身焊接工藝的設(shè)計(jì)水平主要取決于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)。無法科學(xué)地判斷某個(gè)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣。為了提高工藝設(shè)計(jì)水平，必須采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來進(jìn)行虛擬工廠設(shè)計(jì)。通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，可以優(yōu)化焊裝車間平面布置和工作單元布局；預(yù)研工藝對(duì)產(chǎn)品的影響和各工序間的關(guān)聯(lián)；校驗(yàn)所需設(shè)備數(shù)量和對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的需求；生產(chǎn)面積和所需工人數(shù)的計(jì)算；而且能進(jìn)行焊裝線上的機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備及人體 作業(yè)進(jìn)行仿真分析。 Delmia 公司為汽車制造業(yè)提供了全面的解決方案，從白車身焊接、油漆、總裝的工藝規(guī)劃到加工仿真等，提供了一系列的軟件和整體解決方案。在通用、豐田等汽車企業(yè)中，都大量應(yīng)用了 Delmia 軟件，通用卡車公司把 Delmia 公司作為唯一的數(shù)字制造解決方案供應(yīng)商。上海交通大學(xué) CIMS 研究所應(yīng)用 Delmia 軟件在上海大眾汽車有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)線技術(shù)改造項(xiàng)目中也獲得了很好的效益。 Delmia BIW 是對(duì)汽車白車身規(guī)劃與仿真應(yīng)用的一套解決方案。用戶可以利用BIW 并行開發(fā)白車身焊接工藝，機(jī)器人加 工單元仿真。 BIW 支持整個(gè)企業(yè)各部門瀏覽與利用 PPR 數(shù)據(jù)庫中的各種信息。 第四章． 車身焊裝夾具 的 設(shè)計(jì) 保證車身焊裝夾具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件 汽車車身焊接夾具的設(shè)計(jì)是一門經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定生產(chǎn)綱領(lǐng)，熟悉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，了解變形特點(diǎn)，把握制件及裝配精度，通曉工藝要求。只有做到這些，才能對(duì)焊接夾具進(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)。 一、生產(chǎn)綱領(lǐng) 生產(chǎn)綱領(lǐng)決定焊接夾具的自動(dòng)化水平及焊接工位的配置，是通過生產(chǎn)節(jié)拍體現(xiàn)的。生產(chǎn)節(jié)拍由夾具動(dòng)作時(shí)間、裝配時(shí)間、焊接時(shí)間、搬運(yùn)時(shí)間等組成。夾具動(dòng)作時(shí)間主要取決于夾具的自動(dòng)化 程度；裝配時(shí)間主要取決于沖壓件精度、工序件精度、操作者的熟練程序；焊接時(shí)間主要取決于焊接工藝水平、焊接設(shè)備的自動(dòng)化程度、焊鉗選型的合理化程度等；搬運(yùn)時(shí)間主要取決于搬運(yùn)的自動(dòng)化程度、物流的合理化程度等。只要把握住以上幾點(diǎn)，就能合理地解決焊接夾具的自動(dòng)化水平及制造成本這對(duì)矛盾。 二、汽車車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 汽車車身一般由外覆蓋件、內(nèi)覆蓋件和骨架件組成， 覆蓋件的鋼板厚度一般為 ，骨架件的鋼板厚度多為 ，也就是說它們大都為薄板件。對(duì)焊接夾具設(shè)計(jì)來說，有以下特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，構(gòu) 圖困難 汽車車身都是由薄板沖壓件裝焊而成的空間殼體，為了造型美觀和殼體具有一定的剛性，組成本身的零件通常是經(jīng)過拉延成型的空間曲面體，結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜。 剛性差、易變形 經(jīng)過成型的薄板沖壓件有一定的剛性，但和機(jī)械加工件相比，剛性要差得多，而且單個(gè)的大型沖壓件容易變形，只有焊接成車身殼體后，才具有較強(qiáng)的剛性。 以空間三維坐標(biāo)標(biāo)注尺寸 汽車車身產(chǎn)品圖以空間三維坐標(biāo)來標(biāo)注尺寸。為了表示覆蓋件在汽車上的位置和便于標(biāo)注尺寸，汽車車身一般每隔 200mm 或 400mm 劃一坐標(biāo) 網(wǎng)線。三個(gè)坐標(biāo)的基準(zhǔn)是：前后方向（ Y 向） ——— 以汽車前輪中心為 0，往前為負(fù)值，往后為正值；上下方向（ Z 向） ——— 以縱梁上平面為 0，往上為正值，往下為負(fù)值；左右方向（ X 向） ——— 以汽車對(duì)稱中心為 0，左右為正負(fù)。 三、裝配精度 裝配精度包括兩方面內(nèi)容：外觀精度與骨架精度，外觀精度指車門裝配后的間隙面差，骨架精度指三維坐標(biāo)值。貨車車向的裝配精度一般控制在 2mm 內(nèi)，轎車控制在 1mm 內(nèi)。焊接夾具的設(shè)計(jì)既要保證工序件之間的焊裝要求，又要保證總體的焊接精度，通過調(diào)整工序件之間的匹配狀態(tài)來滿足整體的裝配要求。 四、 6 點(diǎn)定則在車身焊裝夾具上的應(yīng)用 6 點(diǎn)定則指限制幾個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度，在設(shè)計(jì)車身焊裝夾具時(shí)，常有兩種誤解，一是認(rèn)為 6 點(diǎn)定位則對(duì)薄板焊裝夾具不適用；二是看到薄板焊裝夾具上有超定位現(xiàn)象，產(chǎn)生這種誤解的原因是把限制 6 個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度理解為限制 6 個(gè)方向的自由度，焊接夾具設(shè)計(jì)的宗旨是限制 6 個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度，這種限制不僅依靠夾具的定位夾緊裝置，而且依靠制件之間的相互制約關(guān)系。只有正確認(rèn)識(shí)了薄板沖壓件焊裝生產(chǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)又正確理解了 6 點(diǎn)定則，才能正確應(yīng)用這個(gè)原則。 從定位原則 看，支承對(duì)薄板來說是必不可少的，可消除由于工件受夾緊力作用而引起的變形。超定位使接觸點(diǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)生裝配位置上的干涉，但在調(diào)整夾具時(shí)只要認(rèn)真修磨支承面，其超定位引起的不良后果是可以控制在允許范圍內(nèi)的。 80 年代，車身焊接使用的大量夾具其型式是從沖壓模具的定位面截切而來，即在車身沖壓零件的型腔上定位，它被稱為“定位塊”，其特點(diǎn)是定位面積大，據(jù)統(tǒng)計(jì)投影面積在 50 100 以上。定位塊是加工件，其余支撐部分為鑄鐵件，定位塊在裝配調(diào)整后再配作定位銷。在外觀上它有兩種式樣：大面積的定位塊，小面積的氣動(dòng)或手動(dòng)壓頭； 大面積的定位塊，大面積的氣動(dòng)或手動(dòng)壓頭。前者造成定位塊加工復(fù)雜，產(chǎn)生車身零件壓緊力不夠，后者干涉焊鉗的點(diǎn)焊操作及裝件困難。在生產(chǎn)中使用的夾具，其精度必須保證產(chǎn)品總成的要求；其選擇定位面的數(shù)量也是比較保守的，寧多勿少。另外，每個(gè)定位塊的裝配全部是用四個(gè)螺釘在沉孔中固定在焊接支承底板上，因焊渣飛濺的填充，造成返修更換的困難。因此這種整體為鑄件的“定位塊”式夾具是耗能耗材的，其設(shè)計(jì)、制造周期和成本都比較高。 隨著工裝制造水平與檢測(cè)手段的提高，車身焊接夾具的定位轉(zhuǎn)化為定位板定位，板的厚度在 1 1 25 幾檔中選用。整個(gè)夾具本體改為焊接合件，在制造、裝配上都縮短了周期，相對(duì)降低了成本。 定位板與角支座、角支座與底板各定位銷孔均采用鏜孔，孔間距偏差為 , L177。 。這種在加工上采用此方式，在調(diào)試中若車身產(chǎn)品尺寸略有變化（如沖壓件常有的尺寸誤差），機(jī)加中保證的尺寸精度就浪費(fèi)掉了。要想使車身幾何精度在夾具上一次裝調(diào)成功，沖壓件就不能有較大的尺寸偏差，而且定位點(diǎn)的數(shù)量也比較多。用直角塊可調(diào)定位方式與上相同，只是定位板、壓頭用直角塊加墊片過渡。它的優(yōu)點(diǎn)是定位板、壓頭用損后修復(fù)、裝調(diào)比較方便；也比較容易形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、制造（除定位塊、壓頭上壓塊外，其余零件均可制成標(biāo)準(zhǔn)件）。但設(shè)計(jì)人員要解決鏜出的定位銷孔與墊片的關(guān)系，不能讓定位板無公差加工。也延長(zhǎng)了裝配周期，從定位型面到檢測(cè)銷孔等尺寸鏈增多，累計(jì)誤差上升。如平頭車身左 /右側(cè)圍夾具，僅直角塊就有 900 個(gè)左右?？上胙b配調(diào)整工作量之大，它同樣是以提高加工精度為代價(jià)換來的。夾具從整體外形看 0 有章法、但不美觀。 采用三個(gè)圓柱銷定位各零、部件，它把以上兩種定位法加工精度從 , L177。 降到 ,L177。 ，就使夾具在生產(chǎn)使用中加工、裝配上使車身裝焊精度得到了保證。但 在設(shè)計(jì)、裝配中，要考慮定位部件的使用狀況，否則精度就會(huì)隨磕碰等不良因素走失掉。 五、車身分塊和定位基準(zhǔn)的選擇 車身焊接總成一般由底板、前圍、后圍、側(cè)圍和頂蓋幾大部分組成，不同的車型分塊方式不同，在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，一般應(yīng)做到： 保證門洞的裝配尺寸 當(dāng)總成焊接無側(cè)圍分塊時(shí)，門洞必須作為主要的定位基準(zhǔn)，在分裝夾具中