汽車頂蓋螺柱焊定位工裝研究

陳長

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

汽車頂蓋螺柱焊定位工裝研究

陳長

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

汽車頂蓋螺柱的定位由于頂蓋翻邊一般都是弧形，螺柱定位面往往不會與汽車坐標平行，為保證螺柱焊的精確位置，螺柱工裝的結構設計不同于普通的白車身定位工裝設計。本文針對頂蓋螺柱焊的生產特點，結合我公司現有的生產工藝規劃和布局，就目前已開發使用的幾種螺柱焊定位工裝進行了簡要闡述，為汽車白車身頂蓋螺柱焊定位工裝的設計研究和應用提供參考。

螺柱焊；頂蓋；白車身；定位工裝

1螺柱焊簡介

螺柱焊是將螺柱一端與板件（或管件）表面接觸，通電引弧，待接觸面熔化后，給螺柱一定壓力完成焊接的方法。目前汽車車身生產線的很多區域都用到螺柱焊，相對于其他區域，頂蓋螺柱的定位由于頂蓋翻邊一般都是弧形，螺柱定位面往往不會與汽車坐標平行，頂蓋螺柱的定位要求相對較高，工裝設計需要保證螺柱的精確位置。

頂蓋螺柱焊一般采用的是T型銷釘式螺柱焊接，頂蓋T型銷釘主要目的是滿足頂蓋裝飾條的固定，一般在車頂槽內從前到后均勻焊接6～8個T型銷釘，卡扣插入T型銷釘上，車頂飾條通過卡扣卡接。車頂飾條是重要的外飾零件系統，該零件一般位于車頂兩側的車頂槽內。車頂飾條可以起到裝飾作用，用于遮擋車身側圍與頂蓋鈑金連接產生的焊縫，美化車頂兩側區域；若車頂飾條貫穿整個側圍，還可以遮擋前后擋風玻璃與車身側圍安裝產生的間隙，美化車身A，D柱兩側區域。車頂飾條的整體設計與整車相互協調，體現了整車和諧的視覺效果，在整車水管理中，還可以導流車頂的雨水，起到導流作用[1]，具體安裝結構如圖1所示。

圖1 裝飾條與銷釘安裝固定方式

頂蓋飾條采用T型銷釘卡接安裝是目前主流車型常用的方式，銷釘采用的螺柱焊相對其他焊接效率高，可焊接銷釘10～35個/min.同時銷釘也是通過多工位冷鐓機大批量鐓鍛成型，生產效率也高。由于使用同一規格的銷釘，在相同尺寸和形狀的結構件上進行焊接，焊接電流、電壓及時間等焊接工藝參數也始終相同，且又適用同一臺螺柱焊機和焊槍焊接，螺柱焊具有高質量、低廢品率及低返修率等優點。同時銷釘卡接的結構特點，在一定程度上避免了飾條安裝不牢靠和頂蓋漏水的風險[2]。

螺柱焊接主要有儲能式和拉弧式2種。儲能式焊接是將銷釘與基體（頂蓋外板）表面接觸，在銷釘與基體之間通電引燃電弧，待銷釘端部金屬與基體表面加熱到合適的溫度，并熔化形成一定的熔池后，給銷釘施加一定壓力推入焊接熔池并冷卻，以形成焊接接頭的方法[3]。其熔深小，主要用于薄板焊接，銷釘的焊接即采用儲能式螺柱焊接（以下簡稱螺柱焊），圖2是銷釘的焊接過程示意圖。

圖2 銷釘焊接過程示意圖

螺柱焊機按照操作自動化程度分為幾種：手動、半自動和全自動。手動螺柱焊機即為人工給釘，給螺柱焊槍上塞一個釘子，進行一次螺柱焊作業，效率較低，一般用于螺柱較少或節拍較低的工位；半自動螺柱焊機采用自動送釘裝置，能大大提高生產效率，在節拍要求較高、單件螺柱數量較多的工位采用；全自動是指采用機器人或專機進行螺柱焊接，一般應用在節拍要求相當高或焊接位置人工不易到達的工位[4]。

下面就公司已有的兩種螺柱焊定位工裝作簡要介紹。

2螺柱焊定位工裝

2.1 帶氣缸的三向可調螺柱焊導向定位工裝

如圖3所示，螺柱導向套通過三個L板（配三向可調的調整墊片）和連接板相連，連接板連接在推動氣缸上，通過氣缸的推動來避讓導向套和頂蓋零件上升下降時的干涉。螺柱支撐塊是固定的，起焊接螺柱時的底部支撐作用。

圖3 三向可調螺柱焊導向工裝

在對導向套進行三坐標測量后，便可通過三向可調的墊片來保證螺柱位置的準確性，此結構位置準確且員工操作方便，焊接螺柱時員工把半自動焊槍插入導向套即可快速完成螺柱焊接。

由于這種裝置結構簡單，定位精確，目前廠內大部分車型的頂蓋螺柱焊都采用此工裝定位。整體布局如圖4所示，頂蓋流水槽上單側需焊接7顆T型釘，一個氣缸可以同時帶動兩套螺柱焊導向機構。

圖4 三向可調螺柱焊工裝整體布局

如果將這種三向可調的螺柱焊工裝在結構設計上簡化一些，并盡可能集成導向氣缸，可以實現兩種不同車型的螺柱焊生產柔性，如圖5所示。

圖5 不同車型頂蓋柔性螺柱焊

圖中兩車型的頂蓋后部共有3個螺柱焊點，車型1有兩個，車型2上有1個，在中間位置。焊接車型1的頂蓋螺柱時，氣缸1和氣缸3收縮，螺柱導向機構1和3處于工作狀態，氣缸2是收縮的，螺柱支撐塊縮回，與車型1避讓。焊接完成后，氣缸1和3打開，三套螺柱導向套隨氣缸一起滑出，避讓車型1頂蓋舉升，完成焊接。

焊接車型2的頂蓋螺柱時，氣缸1和3收縮，螺柱導向機構2處于工作狀態，從圖中可以看出，另兩套導向機構也收縮，但不會與車型2發生干涉。氣缸2打開，支撐塊升起，頂住此位置的螺柱焊接。焊接完成后，氣缸2收縮，氣缸1和3打開，車型2頂蓋舉升，完成焊接。

2.2 簡易可拆卸螺柱焊定位工裝

三向可調的螺柱焊導向工裝由于氣缸和L板的存在，導致其對安裝空間有一定的要求，

當產品的頂蓋零件尺寸較小，同時又要柔性生產不同頂蓋時會對安裝空間有一定要求，這時螺柱焊定位工裝需要設計成類似調整線上的安裝工具，當進行頂蓋切換造車時可拆卸，如圖6所示。

整套定位工裝是可拆卸的，為了保證螺柱焊的位置，工裝通過一個定位銷和Y向限位面保證定位精度，同時為避免焊接時工裝的晃動，在Z向有壓緊面。整體布局如圖7所示，某車型的高配車頂蓋在流水槽位置有三個支架，無T型銷釘。對應低配車頂蓋無支架，但有銷釘。要實現高配車和低配車頂蓋在同一拼臺生產，當焊接低配車頂蓋的螺柱時，帶氣缸的手動翻轉銷處于打開狀態，將螺柱焊工裝手動放進定位銷里，并通過兩端的Y向限位保持工裝的穩定性。然后將頂蓋定位工裝關夾，壓頭壓住螺柱焊工裝，保證焊接時不晃動。螺柱焊接完成后，打開壓頭。當切換到高配車時則手動取出螺柱焊工裝即可。

3結束語

隨著汽車車身柔性化生產要求的不斷提高，汽車頂蓋螺柱焊的柔性化生產也會越來越高，當普通的定位工裝無法滿足大柔性化生產時，可以通過機器人來同時實現頂蓋螺柱焊的定位和焊接，但相應的成本也會很高。上面介紹的兩種螺柱焊定位工裝結構簡單，成本低廉，在特定的條件下也能滿足不同車型頂蓋的柔性生產，為后續汽車頂蓋螺柱焊定位工裝的研究、應用提供參考和借鑒。

[1]日本自動車技術會.汽車工程手冊3：造型與車身設計篇[M].北京：北京理工大學出版社，2010：78-80.

[2]鐘能財，韋超忠，韋斌泉.頂蓋飾條安裝銷釘的設計與焊接工藝[J].汽車工程師，2014（09）：44-46.

[3]曾樂.現代焊接技術手冊[M].上海：上海科學技術出版社，1993：40-58.

[4]姜亞非，張銳，黃文淑.淺談汽車車身焊接車間的工藝生產設備[J].工程技術，2010（21）：30-31.

Study on the Positioning Fixture for Automobile Roof Stud Welding

CHEN Zhang
（SAIC—GM—Wuling Automobile Co．，Ltd．，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Vehicle roof’s stud welding is often different with other ordinary BIW location jig because the locate faces are often arc shape and not parallel to vehicle coordinate.The design of jig is needed to ensure the stud exact location.Base on the roof’s stud welding feature and different process project and layout in the body shop，the paper will introduce several kinds of roof’s stud welding location jigs briefly.It provides references for design and use of the roof’s stud welding location jig in vehicle BIW.

stud welding；automatic welding；BIW；location jig

U466

B

1672-545X（2016）12-0107-03

2016-09-30

陳長（1979-），男，湖南衡山人，碩士研究生，車身工裝主任工程師，研究方向：車身焊裝線工裝夾具的設計開發。