车身焊接夹具定位设计

摘 要：阐述了车身焊接夹具的定位基准和定位系统（RPS）原理,并对焊接夹具定位设计及几种常见的定位结构和定位型式进行了总结.

关 键 词：夹具；定位；定位基准；定位原则；RPS

引言

汽车夹具属于非标设计与制造的工艺装备.虽未形成标准化,但在汽车焊接夹具的功能、要求以及基本结构的组成上,也有相应的共性.

车身焊装夹具大都以冲压件的曲面外型、在曲面上经过整形的平台、拉延和压弯成型的台阶,经过修边的窗口和外部边缘、装配用孔和工艺孔定位,这就在很大程度上决定了它的定位元件形状比较特殊,很少能用标准元件.焊接夹具上要分别对各被焊工件进行定位,并使其不互相干涉,在设计定位元件时要充分利用工件装配的相互依赖关系作为自然的定位支承.定位块间距既要保证定位精度,又要保证焊钳伸入的方便性.

1.夹具定位基准的相关概念

夹具：夹具是在车身焊接制造过程中,用于定位、夹紧冲压件及分总成的专用工装.

定位：工件在装配、焊接过程中、必须保证与产品图尺寸相一致的位置,工件在装配、焊接过程中保持正确的位置及尺寸称为定位.

定位原则：当工件不受任何条件约束时,其位置是任意的、不确定的.从理论力学中可以知道,一个在空间处于自由状态的刚体,具有六个自由度.在分析工件定位时,通常用一个支承点限制工件的一个自由度,用合理分布的6个支承点限制工件的6个自由度,使工件在夹具中的位置完全确定.

RPS：即汽车设计制造过程中贯穿前后的基准点系统,它被利用来保证汽车零部件尺寸稳定性和零部件功能,保证产品质量稳定性.

定位基准：定位基准是指产品图上的基准面、基准孔（或产品图上标定的基准）,根据与定位基准的关系在设计焊装夹具时确定其它的面、孔、点、线的位置.

2.RPS系统

RPS点应在工艺规划时就开始确定,并且在产品试制阶段开始之前,所有零件的RPS点都应该确定完成.无论是试制阶段的焊接夹具,还是试制阶段的测量,都应按照RPS点进行设计、制造和测量.

确定RPS的原则：

2.1RPS点应与装配工艺相适应

以车门为例,车身宽度方向的参考点,前面的两个参考点设计在上、下铰链位置,后面的一个参考点设计在车门锁位置.这样RPS点的设置才是有意义的,才有装配工一联系在了一起.

2.2RPS点应设计在尺寸相对稳定的功能区域

例如RPS点可以设计在定位孔、焊接面、压合面、粘接面或者与装配工艺密切相关的调整面上.由于RPS点是车身制造和检验的基础,所以RPS点本身的精度要求很高.确定零件空间位置的三个Y向RPS点,应尽可能的覆盖整个零件.

2.3RPS点的确定应具有连续性和关联性

零件的RPS点无论是在纵向还是在横向都应具有连续性和关联性.如下图4至图5所示：对于一个焊接总成的RPS点来说,组成这个焊接总成的所有零件应尽可能的沿用这个焊接总成的RPS点.

图4

图5

3.RPS在夹具设计中的应用

3.1夹具设计时分总成或总成所有定位都应选取产品设计给出的RPS点.当产品设计的RPS点明细不足时,需增加辅助定位点,辅助定位点从分总成包含的零部件中的RPS点选择.这样就能保证夹具定位点与RPS点一致.

3.2夹具从焊接的第一工位直至最后一工位以及输送装置定位点都应为RPS点.但不是所有的RPS点都一直使用下去,那样的话在总成零件上就会有许多点是重复的.如图4至图5所示零部件上的部分RPS点已经不再使用.

3.2.1夹具主要定位方式及结构

定位部件是焊接夹具最基本单元,定位部件规范化设计是焊接夹具定位设计规范化重要方面.定位部件的结构一般由角支座、型板、销支架、销、夹紧型块、定位块、夹紧臂、轴销、H连接板、限位块、调整垫片、气缸等零部件组成.每个零部件可规范化,在设计时形成规范化设计.

（1）角支座：也称定位部件底座,用于基板与型板间的连接.材料：Q235.如图7所示,角支座厚度T一般选为14～16mm,高度H尺寸根据设计要求具体确定,按50mm递增减等级进行规范化设计.

（2）定位销：零件主定位作用,一般有圆销和菱形销,圆销起主定位,菱形销起副定位作用.材料45号钢,热处理HR5～50,销径d为孔径D-0.05mm,有效长度优先采用L大于等于20,并且其工作表面应高于工件6-8mm.其它尺寸根据设计要求具体确定.

（3）销支架：连接销作用,材料45号钢,热处理HRC38-43,与销配合安装.根据装配功能尺寸要求,图示与连接板装配、销配合尺寸已规范化,其它尺寸根据设计要求具体确定.

（4）调整垫片：在进行家具定位调整或夹紧位置调整时,需使用调整垫片,垫片形状基本采用统一形式,一般分为三齿和四齿两种,垫片宽度一般为20mm和50mm两种,垫片长度一般为50mm和65mm,常用垫片厚度为0.2mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm五种.

（5）限位块：限位作用,组合件,由凸凹件配合,材料45号钢,热处理HRC38-43.与连接板、压板连接方式使用沉头内六角螺栓,图示装配尺寸已规范化,其它尺寸根据设计要求具体确定.

4.结论

焊接夹具定位系统设计是否合理,直接关系到车身的制造精度,进而决定了整车的装配质量.这就要求我们在夹具设计中不断探索,不断积累经验.遵循夹具定位原理,并建立汽车焊接夹具定位部件规范化设计库,科学进行汽车焊接夹具设计,这样既可以缩短设计周期,又可以降低生产成本,为企业创造利润.