汽車車身焊接夾具設計規律及相關問題探析

劉秋蕓

摘 要：汽車車身的焊裝是汽車車身生產中必不可少的環節，而其焊接夾具的設計直接影響到最終的焊接質量。近些年來，汽車車身的設計愈發多樣化和個性化，對焊裝質量和焊裝效率的要求也越來越高，這就要求設計人員一方面拓展焊接夾具的設計思路，解決相關設計問題，另一方面總結焊接夾具的設計規律，提高其設計速度。本文將從這兩方面對汽車車身的焊接夾具設計技術進行探討，希望能提升在焊接夾具設計方面的技術水平，以盡快滿足我國日益增長的相關需求。

關鍵詞：汽車車身；焊接夾具；設計規律；設計問題

對汽車車身來說，其焊接夾具的設計同時具備規律性和特殊性兩方面的特征，規律性主要來源于設計過程中對設計經驗的高要求，特殊性則來源于汽車車身本身的發展變化。因此，為汽車車身設計焊接夾具是一項相當復雜的工作，一方面要從過往經驗中總結不變的設計規律，提高設計效率，另一方面要積極了解新型汽車車身的新特點，根絕新特點和新需求調整設計方式。為了同時實現這兩方面的要求，必須了解焊接工藝特征、汽車車身變形特點、產品結構、裝配要求等因素，這樣才能實現焊接夾具設計的綜合化、全方位化。

1.汽車車身的焊接夾具設計問題

焊接夾具的常見設計問題與設計難點基本都來源于汽車車身的自身結構特征。具體來說，包括以下三點：

1.1車身結構復雜引起的焊接設計構圖問題

汽車車身均為空間殼體，需要使用薄板沖壓件進行裝焊，這種殼體有兩方面的要求，一方面是物理性能要求，殼體必須具備足夠的剛性，另一方面是造型美觀要求，該要求隨著人們審美觀的改變而不停變化。為了滿足這兩方面的需求，車身零件大多是拉延形成的空間曲面體，形狀和結構都非常復雜。而焊接夾具設計必須依照車身的實際結構形狀進行設計構圖，一旦車身形狀和結構的復雜程度過高，焊接夾具的設計構圖就會非常困難。

1.2車身剛性低下引起的焊接過程變形問題

如上文所述，汽車的車身殼體有剛性要求，但組成汽車車身的基本都是薄板沖壓件，雖然也具備一定的剛性，但遠不如普通的機械加工件，尤其是大型沖壓件，在單獨存在時非常容易變形。所以在設計其焊接夾具時不只要考慮夾緊程度，還要考慮焊接完成前的沖壓件承受能力，一旦出現變形，整個焊接夾具設計相當于失敗了。

1.3車身三維特征引起的焊接尺寸標注問題

不同于各種平面式工件的焊接夾具設計，汽車車身的焊接具有非常強的三維空間特征，而且三維跨度非常大，這為焊接夾具設計中的尺寸標注帶來了一定的困難。為了保證焊接夾具能完全符合尺寸要求，必須事先針對車身的產品圖進行三維的空間坐標標注，為焊接夾具的空間尺寸特征提供必要的數據參數。但三維的空間坐標標注比二維困難許多，對精度的要求也更高，這為焊接夾具設計的前置準備工作帶來了一定的困難。根據實際經驗可知，部分焊接夾具的尺寸設計失誤就源自三維坐標的標定失誤。

2.汽車車身的焊接夾具設計規律

2.1焊接夾具設計的精度控制規律

在焊接夾具的設計中，精度控制可以分為兩部分，第一部分是車身本身的裝配精度，該精度又分外觀精度、骨架精度兩類，前者指車門間隙面差，后者則是三維坐標值。設計出的焊接夾具必須在滿足工序件焊裝要求的同時令上述兩種焊裝精度得到滿足。第二部分則是針對焊接夾具本身的精度標準，通常情況下，生產單位會對坐標線、底板基準槽、定位銷、各類支撐件等做出各種參數上的精度要求，比如尺寸、形狀、精度、公差等，焊接夾具的自身精度不能超出這些標準的限制。

2.2焊接夾具設計的六點定則規律

六點定則是一種對焊裝件六個方向上的運動自由度加以限制的設計模式，但許多人在將其實際應用于焊接夾具設計時存在一定的誤區。因為車身的焊接夾具屬于薄板焊裝夾具，所以有人認為六點定則規律不適用，事實上，六點定則在車身的焊裝夾具設計中屬于最常見的設計規律。另外，由于超定位現象的存在，有人在設計焊接夾具時，將全部方向的自由度限制職責都設計為夾具承擔。但事實上，通過制件之間的彼此制約來限制自由度也是可以的，所以可以利用這一規律節省焊接夾具的數量，控制生產成本。

2.3焊接夾具設計的分塊定位規律

車身的焊接不只包括一個部分，因此在設計焊接夾具時也要考慮到車身的分塊定位。雖然分塊方式會隨著車型的差異而有所不同，但定位需要遵循的規律大致一致，具體可以包括以下三點：其一是門洞部分的裝配尺寸必須加以確保，如果總成焊接沒有側圍分塊，則和前后立柱相關的分裝夾具必須前后立柱定位，如果有側圍分塊，則側圍的焊接夾具才是形成門洞的正確位置。其二是前后懸置孔必須要保證精度，底板懸置孔的沖壓位置通常是底板的加強梁，所以裝焊時的懸置孔相對位置必須精準，否則車身和車架無法順利連接。其三是前后風窗口有很高的裝配尺寸要求，其形成位置或者位于總裝夾具，或者位于分裝夾具，設計夾具時務必要予以考慮。

2.4焊接夾具設計的結構夾緊規律

車身的焊接夾具具有一些共同的結構特點和夾緊特點，在設計時有所掌握的話可以提高設計效率。從結構特點來看，車身的總裝夾具在右側圍、左側圍、底板三處平面均要加工上坐標線與基準槽，在之后的夾緊組合階段，裝配和檢測都依照基準槽進行，最終才能形成完整的夾具。從夾緊特點來看，因為焊接需要同時加工兩個工件，所以夾緊點的數量普遍很多，而且由于車身是薄板沖壓件，所以在設計時要注意讓夾緊力的作用點落于支承點，如果夾緊力作用點落在支承點平面上，除非工件具備足夠的剛性，否則工件有很大可能脫離定位標準甚至直接彎曲。

3.結語

總體來說，汽車車身的焊接夾具設計并不是一項獨立的工作，前置的沖壓件和工序件的設計安裝對焊接夾具設計會造成影響，而焊接夾具設計又會影響后續的實際汽車車身焊接過程。在這種情況下，在設計車身的焊接夾具時不只要考慮到本身的設計特點，還要綜合考慮與前后工序的關系，保證整個汽車焊裝環節能夠完美融合，否則焊接夾具的設計獨立出來，即使設計成果再優秀，也無法滿足實際的車身焊接需求。

參考文獻：

[1]來新民，陳關龍，林忠欽等.薄板沖壓件焊裝夾具設計方法[J].機械科學與技術，2000（5）.

[2]陳衛國.汽車車身焊裝夾具設計的關鍵技術研究[D].華中科技大學，2007.

[3]熊曉萍，金權東.車身焊接夾具智能化設計方法的研究[J].機械設計與制造，2006（11）.

[4]李麗霞.LG-1汽車車身焊裝系統夾具的開發[D].天津大學，2007.