焊装工艺设计及夹具设计原理课件

焊装工艺设计及夹具设计原理焊装工艺设计及夹具设计原理焊装工艺设计及夹具设计原理焊装工艺设计及夹具设计原理

principedeconceptiondeprocessFERetdemaquettepince轿车工业化设计教材-焊装篇作者：梅世保内部资料，注意保密。焊装工艺设计及夹具设计原理焊装工艺设计及夹具设计原理焊装工艺1焊装工艺设计及夹具设计原理

principedeconceptiondeprocessFERetdemaquettepince轿车工业化设计教材-焊装篇作者：梅世保内部资料，注意保密。焊装工艺设计及夹具设计原理

principedeconc2前言

本教材旨在帮助学员：了解车身产品开发过程，建立产品设计与工艺设计之间的关联概念；明确焊装工艺设计任务及内容；熟悉白车身结构组成与技术要求；系统地掌握焊装工艺及夹具的设计原理与方法；提高工作能力和设计水平。前言3目录

上篇一.轿车车身结构及其工艺性二.车身焊装工艺技术与装备下篇三.车身焊装工艺设计四.轿车焊装夹具设计原理目录上篇4一.轿车车身结构及其工艺性1.车身设计程序概述

随着科学技术进步和计算机技术的发展，车身设计程序发生了较大变化。且随着企业产品开发技术水平不同，车身设计程序也有所不同。但目前一般采取的设计程序如下：

1).概念设计:

绘制车型的概念草图、效果图、车身内外布置图；

2).物制模型:

制作1：1模型，通过3D测量机测取模型上的点集；

3).数字化模型:

将取得的点集输入计算机，建立数字化模型；

4).光顺曲线：

将离散的点集连成光滑曲线，提供作内外板结构初步设计和可行性分析；

5).表面数学模型：用光顺的曲线建立整个车身表面数学模型，经过反复修正后绘制线型图，供主图板设计和绘制零件图；一.轿车车身结构及其工艺性1.车身设计程序概述5

6).车身主图板设计：绘制车身线型图（轮廓线、截面曲线）和结构图（截面图、零部件装配关系）；

7).零部件设计：

进行零件的结构设计。概念设计物制模型数字化模型光顺曲线表面数学模型车身主图板零部件设计结构方案可行性分析工业化准备

图1：车身计算机辅助设计程序框图6).车身主图板设计：绘制车身线型图（轮廓线、截面曲线）6

计算机辅助设计和辅助制造技术（CADetCAM）：通过三坐标测量机采集车身模型数据，建立数学模型及显示图形，进行人机交互设计，获得所需的车身表面数学模型的全部数据。这些数据为后续的设计、制造提供了极大的方便，且保证了产品开发过程中的设计和制造精度。图2：车身计算机辅助设计硬件系统计算机辅助设计和辅助制造技术（CAD7

2.白车身结构的工艺性

结构工艺性：是指设计的产品在满足其功能的前提下，能否用经经济合理的制造方法，实现产品按既定规模优质产出。良好的结构工艺性，不但能使产品工业化投资及制造成本大幅度减少，而且还能易于保证产品的质量。车身结构设计主要与冲压工艺性和焊装工艺性有关。

1）.车身的分块将车身整体形状分成数块能制造和装配起来的零件称为分块。分块决定了零件的结构形状和轮廓尺寸，对零件的冲压工艺和焊装工艺有很大的影响。

车身分块必须遵循如下原则:在设备、工艺、板材规格许可的条件下，零件分块应尽量大；车身分块时，应充分满足零件的拉延工艺性要求（拉延方向、拉延深度等）；车身分块时，必须保证合件对零件的制造与装配精度要求；车身易损件必须单独分块。

2.白车身结构的工艺性8图3：白车身结构分块图图3：白车身结构分块图9图4：焊接车身结构分块图图4：焊接车身结构分块图10

2）.零件分块的冲压工艺性零件分块与设计应充分考虑零件的冲压工艺性。在大规模生产的汽车企业中，为了极致发挥设备资源能力、减少模具套数与投资，大中型零件一般采用四至六道冲压工序完成。这样便于在同一条冲压生产线上，实现不同车型的不同零件的轮番生产。使得冲压零件的工业化投资最小化。

零件分块与设计要考虑的冲压工艺性，主要有如下几点:

（1）.确定零件的冲压方向。要保证凸模进入凹模的可能性；（2）.零件的拉延深度要合理。尽量考虑一次拉延成形；（3）.零件的拉延形状要尽量匀称，以便在拉延过程中变形量大致相同。如果拉延深度相差很大，则在拉延过程中，深的部分易开裂，而浅的部分因金属得不到拉深易起皱；（4）.必须要反拉延的零件，在设计时应可能加大该部分的圆角半径；（5）.零件的翻边设计，应按曲率的大小使翻边的宽度相应地减小；（6）.零件分块与设计时，应尽量考虑简化复杂零件的工艺，尽可能使得各零件的工序数大致相同。焊装工艺设计及夹具设计原理课件11

3）.零件分块的焊装工艺性零件分块与设计不但要考虑零件的冲压工艺性，而且还要考虑零件的焊装工艺性。车身的装配过程是由零件合件分总成总成。车身设计时需相应地绘出零件图、合件图、分总成图、车身焊接总成图和车身装配总成图。

零件分块与设计要考虑的焊装工艺性，主要有如下几点:

（1）.开启件、风挡玻璃及翼子板对焊接车身的几何装配精度要求（如间隙、面差等要求）；

（2）.外观对焊接车身的质量要求（如搭接边、焊

痕应尽量避免暴露在顾客的可视范围之内）；（3）.必须设置零件装焊用定位基准，以保证合件的几何装配精度要求；（4）.合件分块时，应考虑合件的刚度与精度的要求；（5）.合件分块时，应合理设计零件间的连接方式（如搭边连接、翻边连接）。良好的连接方式，不但有利于焊点的实施，而且还有利于补偿零件的制造误差；

（6）.考虑施焊的方便性，尽量避免采用特殊形状的焊钳；（7）.合理布置焊点的位置，减少焊接分流，保证合件的焊接质量要求。焊装工艺设计及夹具设计原理课件123.白车身焊装技术要求

结构的技术要求是指：在车身数字化定义基础上,对车身结构设计功能与制造要求作出的技术性说明。其表达方式为：产品图+PCM图。工艺设计人员制定的工艺及装备的设计方案应充分满足产品技术要求，以确保产品的制造质量。车身焊装技术要求主要有如下三个方面。1）.零件的形状及位置公差（零件的几何尺寸精度）要求。其内容主要有：面位置度、线位置度、孔位置度及其形状公差等。

2）.合件焊接技术要求。主要包括：焊点位置及距离、焊点数量、焊核直径及装配几何尺寸精度要求等。

3）.白车身外观技术要求。主要有：间隙、面差及外观。

车身产品开发过程中经常使用的两个重要设计方法：汽车坐标系和PCM图

3.白车身焊装技术要求13

汽车坐标系：通过3个虚拟正交面建立的坐标系，可以确定汽车上每一个零件的位置。通过数字化设计方法，还可以准确地表达出零件上的任何几何元素（点、线、面）在汽车上的位置。图5:汽车坐标系汽车坐标系：通过3个虚拟正交面建立的坐标系，可以确定14

PCM（PlanCoordinationMethode）图定义：是指导车身产品工艺装备（试制或批量生产用）设计与制造的标准文件。完好的PCM图，应能系统、合理地确定车身零件及合件的定位方案和基准，准确地表达出产品设计要求与冲压工艺、焊装工艺及总装工艺之间的关系。以便在大批量生产过程中，车身产品的制造精度得以保证，使得车身产品具有良好的装配互换性和品质稳定性。

PCM图的主要内容有：（1）.制件的物理约束条件（刚性好的制件，严格遵守定位法则；柔性零件：在刚性区域恪守定位法则，在柔性区域则增加辅助约束）。（2）.活动件的动作顺序（包括活动定位块、活动定位销、活动部件及压紧件）。（3）.成形焊点的说明（焊接次序、焊点数量等）。

PCM图的创建原则：主要有：遵循基准统一原则;定位基准的选择应优先考虑规则面和规则孔的原则；定位基准应尽可能分开布置的原则；遵循焊装装配顺序原则；PCM（PlanCoordinationMetho15图6:PCM基准图图6:PCM基准图16

图7:截面位置图图7:截面位置图17

图8:截面图图8:截面图18图9:焊接合件图9:焊接合件19

图10:尾门PCM图图10:尾门PCM图20

图11:尾门PCM图图11:尾门PCM图21

图12:尾门PCM图图12:尾门PCM图22

图13:尾门PCM图图13:尾门PCM图23

图14:尾门PCM图图14:尾门PCM图24

图15:尾门PCM图图15:尾门PCM图25

图16:尾门PCM图图16:尾门PCM图26

图17:翼子板PCM图图17:翼子板PCM图27

图18:翼子板PCM图图18:翼子板PCM图28

图19:翼子板PCM图图19:翼子板PCM图29

图20:翼子板PCM图图20:翼子板PCM图30二.车身焊装工艺技术与装备1.车身焊装工艺技术

工艺技术取决于产品技术要求，不同的产品技术要求将导出不同的工艺技术需求。制定工艺技术方案应以满足产品技术要求为准则。合理的工艺技术方案应能折射出中庸谋略思想，过高或过低的工艺技术水平都将不利于企业良性经营与发展。车身焊装主要采用的工艺技术有：电阻焊、弧焊、包边、冲孔、旋铆、涂胶、调整及在线检测等。

1).电阻焊工艺技术：车身板金零件间的连接，主要采用电阻焊工艺方法来完成。一台车身需要约四千多个焊点来保正其强度与刚度要求，占整台车身焊接任务的95%以上。因此，合理地使用电阻焊工艺技术，将是保证车身产品焊装技术要求与品质的首要任务。车身上常采用的电阻焊方法有：点焊、凸焊及缝焊三种。点焊主要用于板件间的焊接；缝焊用于板件间要求密封功能的焊接；凸焊则用于螺栓、螺母、套类零件等与板件间的焊接。二.车身焊装工艺技术与装备1.车身焊装工艺技术31

图21:点焊与凸焊原理图图21:点焊与凸焊原理图32

(1)电阻焊基本原理：对压紧的工件通以电流,利用其电阻热产生局部熔化,冷却后形成的焊点将其牢固地连接起来的方法,称之为电阻焊。

1.电阻热计算公式：

Q=0.24RI2t

2.电极间的电阻计算实例：R=RC1+RC2+RC3+RT1+RT2

RT=pL/S

=70+70+230+6+6=16X0.1/0.282=382µΩ=6µΩ(1)电阻焊基本原理：对压紧的工件通以电流,利用其33

3.影响电阻大小的主要因素：电极压力，RC；表面状态越好，RC；温度增高，RT增大，RC减小。3.影响电阻大小的主要因34焊装工艺设计及夹具设计原理课件35

4.电极间的电阻动态变化过程图：4.电极间的电阻动态变化过程图：36焊装工艺设计及夹具设计原理课件37

5.电阻

RT、RC对焊接过程加热的影响：焊接初期，RC为建立焊核区初始温度场提供前提条件；焊接后期，RT为创建焊核温度场提供必要条件。

6.焊接过程热平衡：

Q=QA+QBQA

形成焊核的有效热量，约占25-35%Q；

QB因传导、辐射损失的热量，约占65-75%Q。QA=Vc

T

V焊核体积；

c比热容；

材料重度；

T材料的熔化温度。QB=Q1+Q2+Q3

Q1

工件传导损失的热量，约占20%Q；Q2

电极传导损失的热量，约占40-50%Q；

Q3工件表面辐射损失的热量，约占5%Q。

5.电阻RT、RC对焊接过程加38

7.焊接电流强度的计算：

I=（Q/0.24kRbft）½

k

电阻修正系数，低碳钢为1-1.1；

Rbf加热结束时的工件电阻。8.焊接电流强度、焊接时间与焊接压力之间的关系：

(2)点焊工艺：满意的焊点,要靠合理的工艺保证。制定点焊工艺时，应从如下几个主要方面来考虑：

7.焊接电流强度的计算：39

1.焊接参数的选择：1.焊接参数的选择：40

2.参考料厚的确定：

3.镀锌件、裸板件的焊接参数比较：焊接时间：镀锌件比裸板多2周波；焊接压力：镀锌件比裸板大20%；焊接电流：见下表。2.参考料厚的确定：41

（4）.焊点位置的确定：焊点最小间距的确定：焊点位置尺寸L的确定：（4）.焊点位置的确定：42

（5）.焊点焊接顺序的确定：

（6）.不同直径电极对焊核位置的影响：（5）.焊点焊接顺序的确定：43

（7）.常用的焊接方法:

单面双点焊

双面单点焊

推挽式双面双点焊

（7）.常用的焊接方法:44

（8）.焊点直径的确定:常规焊点

有安全要求的焊点

（9）.避免焊接时的分流发生:（8）.焊点直径的确定:45

2).弧焊工艺技术：主要用于非板金件（如车门铰链、牵引环、螺柱等零件）与薄板件间的连接。车身工艺常采用的弧焊方法有：CO2保护焊、MAG焊、MIG焊及螺柱焊。

（1）.CO2保护焊、

MAG焊及MIG焊基本原理：在保护气体氛围中，利用焊丝与工件间的电弧热，熔化焊丝与母材金属，熔化金属形成的焊缝将工件连接起来的方法，称之为熔化极气体保护焊。

1.影响弧柱区热效应的主要因素：气体的电离能，需提供的能量;气体的导热系数，其热传导能力；气体的热容量，其对流散热能力；多原子气体的解离度，电弧冷却越快；气体流量，电流密度，电场强度，电弧温度；金属蒸气，电场强度，弧柱温度，电弧稳定性好；

焊装工艺设计及夹具设计原理课件46常用保护气体物理性能常用保护气体物理性能472.影响两极区热效应的主要因素：两极区的产热量：主要由两极区的热能EA和EK决定；阳极区热能计算公式：EA=I（UA+UW）阴极区热能计算公式：EK=I（UK-UW）UA：阳极区电压降（0-2V）；UK：阴极区电压降（约10V）；

UW：电极材料逸出功；

I:电弧电流。两极区的电压降：主要取决于焊丝和母材的种类。电压降，电弧稳定性，热效应。焊丝的熔化速度：不但取决于焊丝和母材的种类，而且还与焊丝的极性有关。接阴极（正接）的熔化速度高于接阳极（反接）的熔化速度。2.影响两极区热效应的主要因素：483.影响焊丝熔滴过渡型式的主要因素：电流：在纯氩或富氩气体保护焊中，熔滴过渡型式随着电流的提高而变化。

焊丝的极性：接正极（反接），熔滴过渡稳定，熔滴小。

反接正接3.影响焊丝熔滴过渡型式的主要因素：反接正接49气体成分：在富氩气体中，易产生稳定的喷射过渡；在多原子气体中，不易得到稳定的喷射过渡，活泼性气体与高温熔滴金属易产生激烈的化学反应，产生金属飞溅；在氩气中加入少量CO2气体（5-20%），可以稳定电弧，降低临界电流。焊丝材料与直径：材料不同，临界电流不同；直径不同也会显著影响熔滴过渡。直径越小，临界电流越低，越容易得到稳定的射滴过渡或射流过渡。焊丝伸出长度（干伸长）：伸出长度增加，焊丝电阻热增加，促进熔滴过渡。可得到稳定的喷射过渡，并可降低临界电流。但过长则会引起伸出段的软化，导致电弧不稳定。适宜长度为12-25mm。

气体成分：在富氩气体50（2）.熔化极气体保护焊的特点

1.MIG焊特点：在氩弧焊（100%Ar）中，电弧电压和能量密度较低，电弧燃烧稳定，飞溅极小，较适合于薄板、热导率低的金属的焊接。

2.MAG焊（80%Ar、20%CO2）特点：既具有氩弧焊特点（电弧燃烧稳定，飞溅小，易获得轴向喷射过渡），

又具有氧化性，克服了氩气焊接时表面张力大，液体金属粘稠，斑点易飘移等问题。3.CO2保护焊（100%CO2）特点：成本低、抗氢气孔能力强、适合于薄板焊接，但焊接时飞溅大。

（3）.熔化极气体保护焊的焊接参数：电弧电压：15-23V；焊接电流：110-180A；

保护气体流量：15-25L/min。（2）.熔化极气体保护焊的特点51

（3）.螺柱焊基本原理及焊接参数的确定

1.螺柱焊基本原理：在螺柱与工件间引燃电弧，使螺柱端面和相应的工件表面被加热到熔化状态，达到适宜的温度时，将螺柱植入熔池中，使螺柱与工件连接起来的方法称之为螺柱焊。其焊接原理如下图所示：焊接循环原理图焊接循环原理图522.焊接参数的确定：引弧电流：IP=30A；引弧时间：TP=40ms(裸板)，TP=60ms(镀锌板)；焊接电流：Is=螺柱直径X100A；焊接时间：Ts=螺柱直径X5ms；电弧电压：UA=24V±4V(裸板)，18V±4V

(镀锌板)。2.焊接参数的确定：53

3).包边工艺技术：主要用于车身开启件（发动机罩、车门、行李箱盖、尾门）的内、外板装配连接。车身工艺常采用的包边方法有：压边和滚边。

（1）.压边：用模具将零件的翻边压向其内表面而形成包边的方法称之为压边。其成形机理为:在平行于和垂直于中性层方向都将可能同时发生形变。压边工艺的特点是：包边的几何尺寸易于控制、精度高；但成形压力大。（2）.滚边：用滚轮将零件的翻边滚压向其内表面而形成包边的方法称之为滚边。其成形机理较为复杂：除在平行于和垂直于中性层方向都将会同时发生形变外，还有在连续的滚压过程中产生的过程形变。滚边工艺的特点是：包边的几何尺寸通过调整滚轮轴线的角度和滚轮运行的速度及方向来控制；成形压力小。

焊装工艺设计及夹具设计原理课件54

4).冲孔工艺技术：主要用于焊接总成上位置及形状尺寸精度要求高的孔（如发动机摇篮焊接总成上的定位及安装孔）的制作。避免了先冲孔后焊接工艺方法难以解决的双眼皮问题。

（1）.冲裁力的计算：

P=Ltk

P=1.3Ltk=LtbP----冲裁力（N）;（考虑到模具的钝化、间L----冲制孔周长（mm）;隙不均、材料性能的波

t----材料厚度（mm）;动、材料厚度的偏差等

k

----材料剪切强度（MPa）;因素影响的计算公式）

b----材料抗拉强度（MPa）;（2）.冲孔精度的确定：在合理的冲孔间隙条件下，冲孔精度可依据下表来确定。焊装工艺设计及夹具设计原理课件55

5).旋铆工艺技术：主要用于销类零件与薄板件间的可靠连接（如钢背门平衡器球接销与固定加强板的连接）。（1）.铆接压力的估算：

F=r2b

F----铆接压力（N）;

r----铆接销半径（mm）;

b----铆接销材料抗压强度（MPa）;（2）.旋铆基本原理：通过铆头轴线与旋转轴线间的夹角（=1-8），使铆头端面与销铆接面成相应夹角。在旋转速度n和压力F的作用下，铆头端面以相应的角速度连续作用在销钉铆接面上,使其金属沿着压力方向和径向发生塑性变形。将被铆接件牢固地连在一起。

（3）.旋铆工艺的主要特点：铆接过程无噪音；适用于实心、大规格销钉的铆接；铆接压力相对较小。焊装工艺设计及夹具设计原理课件56铆接件结构图铆头结构原理图制件在铆座上的定位铆接示意图铆接件结构图铆头结构原理图制件在铆座上的定位铆接示意图57

6).涂胶工艺技术：主要用于车身内外板间的粘接（减小车身的振动所引起的噪音）与密封（防水）。涂胶方式分为：冷涂胶和热涂胶（加热温度40）。每车用胶量约为0.5Kg左右。（1）.车身用胶的种类：环氧树脂胶、丁基胶（密封胶）、弹性结构胶等。

（2）.常用的涂胶方法：机器人涂胶和手工涂胶。

（3）.影响胶带轨迹、截面形状及大小的主要因素：

.涂胶方法：是影响胶带轨迹位置精度及其重复精度的重要因素。机器人涂胶方法，不但能保证其位置精度要求，而且还能通过精准地控制涂胶速度、方向及胶嘴姿态来保证胶带截面大小；.压力（0-200Bar）、胶嘴形状及大小、涂胶速度：是影响胶带截面形状及大小的三大要素。焊装工艺设计及夹具设计原理课件58

7).调整工艺技术：主要用于保证开启件及翼子板的装配要求。间隙与面差是考量开启件及翼子板的装配是否满足产品要求的两个重要指标。车身装配间隙、面差的合格与否，不但直接影响车身外观效果，而且还将影响车身的密封性及噪音大小。制定调整工艺方案时应遵循如下几点原则：

（1）.制定合理的装配顺序关系：根据面差要求特点（后件外表面低于或等于前件外表面），采用后件优先装配原则。常见的装配顺序一般为：后门前门翼子板发动机罩。

（2）.定位基准的选择原则：定位基准尽量与测量基准重合；定位基准误差要小、刚性要好；定位基准误差对制件的定位精度影响要最小；定位基准要可靠。（3）.夹紧力方向与大小的确定：夹紧力方向应利于制件与定位面的贴合，最好垂直于定位面。夹紧力大小应可调，其最大值应不至于使制件产生塑性变形。焊装工艺设计及夹具设计原理课件59

8).在线检测工艺技术：主要用于车身焊接总成关键几何尺寸的在线测量，以便实时监控其变化状态，确保其制造精度符合产品设计要求。

（1）.测量点的确定：关键的装配孔（如车身上门铰链装配孔、后风挡玻璃装配用孔等）、间隙面（如门洞间隙面）及关键功能面等测量点。（2）.测量方法的确定：主要有激光测量和自动牵引测头测量两种方法。激光测量属非接触测量，其测量原理为：固定的激光测头发射激光束，到达测量点后又反射到激光测头，计算机系统通过处理激光束往返行程距离参数，并计算出测量点的几何位置尺寸。激光测量精度高，测量误差小，但设备价格昂贵；自动牵引测头测量属有接触测量，其测量原理与三坐标测量机测量原理相同。其最大优点是柔性化测量程度高。（3）.在线测量方法对车身传送设备的要求：车身在传送装备上的定位精度要高；传送装备在测量工位的定位应可靠、精度要高；传送装备精度的一致性要好。焊装工艺设计及夹具设计原理课件602.车身焊装工艺装备

车身焊装工艺装备的种类按其功能及特点划分主要有：焊钳、焊装夹具、装配样架、成形定位机、固定点(凸)焊机、悬点焊机、多点焊机、电阻焊机器人、MAG焊机、MIG焊机、螺柱焊机、涂胶设备、冲孔机、折边机、卷边机器人、检测装备、传送装备及传送线等。本章节将一一介绍。

1).焊钳：在电阻焊工具中，焊钳的最大优点是有独立的力学系统，使得焊接装备结构简捷，易于实现车身上不同位置焊点的焊接。焊钳在车身焊接中的应用极为广泛，车身上90%以上的焊点是由焊钳完成的。因此，选好焊钳是工艺设计重要内容之一。焊钳的分类：按功能划分有手工焊钳、机器人焊钳、多点焊机焊钳；按结构型式划分有X焊钳、C焊钳；按动力特性划分有气动焊钳、液压焊钳、电动焊钳(伺服电机驱动)。2.车身焊装工艺装备61

X型液压焊钳X型气动焊钳

62选择焊钳应考虑的主要因素：

.施焊的方便性；.满足焊接规范的要求；.电极行程的确定（工作行程、辅助行程）；.焊钳工作部位的形状与主要尺寸。2).焊装夹具：满足制件装配精度和便于制件施焊要求的工艺装备，称之为焊装夹具。其主要特点是：.定位形面复杂。为了保证其设计精度，一般采用三维数字化设计方法；.制件定位采用主定位与辅助定位共同作用，以避免制件刚性不足引起的定位误差；.夹具上设置有坐标系基准装置，不但保证了三维坐标系的创建精度，而且还满足了夹具装配、调整与测量的基准统一原则要求；.夹具上用于制件定位的几何形面通常用三维坐标尺寸描述；.专用性强,不同的车型需要不同的焊装夹具。.定位组件要求具有三维可调性，以便于夹具定位精度的保证与调整。焊装工艺设计及夹具设计原理课件63焊装夹具是车身焊装工艺中最重要的工装。每种车型约

350-420个车身冲压件，通过近90-120台焊装夹具的逐级装配与焊接，形成车身各大焊接总成。以作为车身焊装总成的装焊组件。特别强调的是，焊接合件工艺方案的优良程度将会直接影响焊装夹具设计方案的合理性。因此，合理制定焊接合件工艺方案的重要性也就不言而喻。焊装夹具的分类：按功能划分有点焊夹具、MAG/MIG焊夹具和螺柱焊夹具；按动力特性与控制方式划分有手动夹具、气动气控夹具和气动电控夹具。焊装夹具方案设计要考虑的主要焊装工艺要求：.制件的几何尺寸精度的保证；.焊钳的通过性（施焊的方便性）；.电极的导向（确定焊点的焊接位置）；.焊接程序的转换（转换不同的焊接参数）；.焊装夹具三维坐标尺寸的测量与调整的方便性；.焊装夹具工艺能力的符合性要求；.焊装夹具的重复定位精度与可靠性；.防止焊接分流、减少焊接阻抗。焊装夹64

206前纵梁总成夹具

65

3).装配样架：保证开启件、翼子板装配间隙与面差精度要求的工艺装备称之为装配样架。与焊装夹具相比，其主要特点有如下不同：

.定位系统复杂。无论是制件在装配样架上的定位，还是装配样架在焊接车身上的定位都很难找到理想的定位方案，这将给装配样架的方案设计带来一定困难。因此，在产品结构设计方案会签时，开启件、翼子板装配定位基准的考虑就显得尤为重要。.与制件外观表面接触的定位块、压头通常采用塑料或橡胶材料，以避免制件外观表面损伤。.重量要轻、刚性要好。装配样架往往设计成空中平衡吊装、手工操作的形式。为了操作方便，装配样架在规定的生产节拍内的惯性力应越小越好，这就要求装配样架质量要轻。同时，为了保证装配样架的定位精度，在结构设计时，要充分考虑其整体刚性是否满足定位精度要求。

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4).成形定位机：多用于车身焊接总成线成形定位(如:前仓与底板的成形定位；车身焊装的成形定位)焊工位。其主要功能是保证焊接合件及零件在汽车坐标系内的定位精度要求。通过人工点定施焊后，被焊制件的相互几何位置关系及几何位置尺寸将固定不变，从而达到定位成形目的。与焊装夹具相比，其主要特点有如下不同：

.成形定位机属专用设备，其工作过程完全自动化。

.结构复杂：不但要考虑制件的定位与夹紧，而且还要考虑制件传送装备的定位与夹紧；不但要考虑施焊的通过性及方便性，还要考虑制件及其传送装备的通过性。因此，成形定位机往往由成套设备供应商进行设计与制造。

.结构刚性要好：在定位与夹紧过程中，其刚性要能足以克服制件的弹性变形，保证制件与定位面贴合良好。

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5).固定点(凸)焊机：属于通用电阻焊设备。主要用于螺栓、螺母、隔套等制件与板金件间的焊接（凸焊），或板金件与板金件间的焊接（点焊）。

固定点(凸)焊机型号及功能参数:型号DTN-200电源电压单相50Hz380V50%标称功率200KVA

次级空载电压5.75V-11.51V共4级次级最大短路电流35KA最大电极压力800daN最小电极压力130daN

气源气压0.6MPa

冷却水流量28L/min

凸焊机功能参数仅有如下不同:50%标称功率为500KVA；次级空载电压8.63V-15.83V共8级；次级最大短路电流65KA。

68固定点(凸)焊机固定点(凸)焊机69

6).悬点焊机：属于通用电阻焊设备。主要用于板金件与板金件间的焊接（点焊）。

悬点焊机的种类：.悬点气动焊机；.悬点液压焊机；.分体式悬点焊机（ARO焊机）。悬点焊机（ARO焊机除外）的主要功能及要求：

.电源电压单相50Hz380V

.100%标称功率108KVA

.次级空载电压17/24V

.次级最大电流18KA

.气源气压0.6MPa

.冷却水流量28L/min

.焊接参数可编程控制:具有焊接电流、焊接时间、焊接压力（电控气动比例控制阀）、焊接电流补偿、电极报警（电极修磨与电极寿命终止）等功能的编程与控制。

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悬点焊机与X焊钳

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悬点焊机比例控制阀

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ARO悬点焊机

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7).多点焊机：属于专用自动化电阻焊设备。用于板金件与板金件间的焊接（点焊）。其特点如下：

.制件的焊接质量及装配几何尺寸精度高；

.生产能力高(100-250件/h)；.易于实现生产线自动化；

.结构复杂、柔性化程度低。多点焊机的主要组成：

.多点焊机主体：包括夹具、变压器、浮动焊钳(或焊枪)；

.焊接控制柜：电源电压：三相50Hz380V。焊接参数编程与控制；.流体控制板：气源气压0.8MPa.冷却水流量75L/min。

.自动化装置：PLC控制柜。

焊接参数可编程控制:具有焊接电流、焊接时间、焊接电流补偿、电极报警（电极修磨与电极寿命终止）等功能的编程与控制。

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双活塞气缸

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多点焊机X型气动焊钳

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多点焊机C型气动焊钳

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多点焊机C型气动焊钳

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8).电阻焊机器人：属于通用自动化电阻焊设备。用于板金件与板金件间的焊接（点焊）。其特点如下：

.制件的焊接质量高；

.多用于制件的后续焊；.易于实现生产线自动化；

.柔性化程度较高。电阻焊机器人的主要组成：

.电阻焊机器人主体：机器人、焊接变压器、机器人焊钳；

.焊接控制柜：电源电压单相50Hz380V。焊接参数编程与控制；.流体控制板：气源气压1.0MPa.冷却水流量13L/min。

.自动化装置：PLC控制柜.机器人运动轨迹等编程与控制。

焊接参数可编程控制:具有焊接电流、焊接时间、焊接电流补偿、电极报警（电极修磨与电极寿命终止）等功能的编程与控制。

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机器人X型伺服电机焊钳

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机器人C型伺服电机焊钳

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机器人X型伺服电机焊钳平衡原理图

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机器人C型伺服电机焊钳平衡原理图

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待续………

84谢谢谢谢85焊装工艺设计及夹具设计原理焊装工艺设计及夹具设计原理焊装工艺设计及夹具设计原理焊装工艺设计及夹具设计原理

principedeconceptiondeprocessFERetdemaquettepince轿车工业化设计教材-焊装篇作者：梅世保内部资料，注意保密。焊装工艺设计及夹具设计原理焊装工艺设计及夹具设计原理焊装工艺86焊装工艺设计及夹具设计原理

principedeconceptiondeprocessFERetdemaquettepince轿车工业化设计教材-焊装篇作者：梅世保内部资料，注意保密。焊装工艺设计及夹具设计原理

principedeconc87前言

本教材旨在帮助学员：了解车身产品开发过程，建立产品设计与工艺设计之间的关联概念；明确焊装工艺设计任务及内容；熟悉白车身结构组成与技术要求；系统地掌握焊装工艺及夹具的设计原理与方法；提高工作能力和设计水平。前言88目录

上篇一.轿车车身结构及其工艺性二.车身焊装工艺技术与装备下篇三.车身焊装工艺设计四.轿车焊装夹具设计原理目录上篇89一.轿车车身结构及其工艺性1.车身设计程序概述

随着科学技术进步和计算机技术的发展，车身设计程序发生了较大变化。且随着企业产品开发技术水平不同，车身设计程序也有所不同。但目前一般采取的设计程序如下：

1).概念设计:

绘制车型的概念草图、效果图、车身内外布置图；

2).物制模型:

制作1：1模型，通过3D测量机测取模型上的点集；

3).数字化模型:

将取得的点集输入计算机，建立数字化模型；

4).光顺曲线：

将离散的点集连成光滑曲线，提供作内外板结构初步设计和可行性分析；

5).表面数学模型：用光顺的曲线建立整个车身表面数学模型，经过反复修正后绘制线型图，供主图板设计和绘制零件图；一.轿车车身结构及其工艺性1.车身设计程序概述90

6).车身主图板设计：绘制车身线型图（轮廓线、截面曲线）和结构图（截面图、零部件装配关系）；

7).零部件设计：

进行零件的结构设计。概念设计物制模型数字化模型光顺曲线表面数学模型车身主图板零部件设计结构方案可行性分析工业化准备

图1：车身计算机辅助设计程序框图6).车身主图板设计：绘制车身线型图（轮廓线、截面曲线）91

计算机辅助设计和辅助制造技术（CADetCAM）：通过三坐标测量机采集车身模型数据，建立数学模型及显示图形，进行人机交互设计，获得所需的车身表面数学模型的全部数据。这些数据为后续的设计、制造提供了极大的方便，且保证了产品开发过程中的设计和制造精度。图2：车身计算机辅助设计硬件系统计算机辅助设计和辅助制造技术（CAD92

2.白车身结构的工艺性

结构工艺性：是指设计的产品在满足其功能的前提下，能否用经经济合理的制造方法，实现产品按既定规模优质产出。良好的结构工艺性，不但能使产品工业化投资及制造成本大幅度减少，而且还能易于保证产品的质量。车身结构设计主要与冲压工艺性和焊装工艺性有关。

1）.车身的分块将车身整体形状分成数块能制造和装配起来的零件称为分块。分块决定了零件的结构形状和轮廓尺寸，对零件的冲压工艺和焊装工艺有很大的影响。

车身分块必须遵循如下原则:在设备、工艺、板材规格许可的条件下，零件分块应尽量大；车身分块时，应充分满足零件的拉延工艺性要求（拉延方向、拉延深度等）；车身分块时，必须保证合件对零件的制造与装配精度要求；车身易损件必须单独分块。

2.白车身结构的工艺性93图3：白车身结构分块图图3：白车身结构分块图94图4：焊接车身结构分块图图4：焊接车身结构分块图95

2）.零件分块的冲压工艺性零件分块与设计应充分考虑零件的冲压工艺性。在大规模生产的汽车企业中，为了极致发挥设备资源能力、减少模具套数与投资，大中型零件一般采用四至六道冲压工序完成。这样便于在同一条冲压生产线上，实现不同车型的不同零件的轮番生产。使得冲压零件的工业化投资最小化。

零件分块与设计要考虑的冲压工艺性，主要有如下几点:

（1）.确定零件的冲压方向。要保证凸模进入凹模的可能性；（2）.零件的拉延深度要合理。尽量考虑一次拉延成形；（3）.零件的拉延形状要尽量匀称，以便在拉延过程中变形量大致相同。如果拉延深度相差很大，则在拉延过程中，深的部分易开裂，而浅的部分因金属得不到拉深易起皱；（4）.必须要反拉延的零件，在设计时应可能加大该部分的圆角半径；（5）.零件的翻边设计，应按曲率的大小使翻边的宽度相应地减小；（6）.零件分块与设计时，应尽量考虑简化复杂零件的工艺，尽可能使得各零件的工序数大致相同。焊装工艺设计及夹具设计原理课件96

3）.零件分块的焊装工艺性零件分块与设计不但要考虑零件的冲压工艺性，而且还要考虑零件的焊装工艺性。车身的装配过程是由零件合件分总成总成。车身设计时需相应地绘出零件图、合件图、分总成图、车身焊接总成图和车身装配总成图。

零件分块与设计要考虑的焊装工艺性，主要有如下几点:

（1）.开启件、风挡玻璃及翼子板对焊接车身的几何装配精度要求（如间隙、面差等要求）；

（2）.外观对焊接车身的质量要求（如搭接边、焊

痕应尽量避免暴露在顾客的可视范围之内）；（3）.必须设置零件装焊用定位基准，以保证合件的几何装配精度要求；（4）.合件分块时，应考虑合件的刚度与精度的要