车辆工程毕业设计127汽车车轮轮罩焊装夹具设计.doc

车辆工程毕业设计127汽车车轮轮罩焊装夹具设计.doc

《车辆工程毕业设计127汽车车轮轮罩焊装夹具设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《车辆工程毕业设计127汽车车轮轮罩焊装夹具设计.doc（39页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

本科学生毕业设计

汽车车轮轮罩焊装夹具设计

院系名称：

汽车与交通工程学院

专业班级：

车辆工程

学生姓名：

指导教师：

职称：

教授

TheGraduationDesignforBachelor'sDegree

DesignofAutomobileWheelCoverWelding-InstallationFixture

Candidate：

LiJiaLin

Specialty：

VehicleEngineering

Class：

B07-2

Supervisor：

Prof.ShiMeiYu

HeilongjiangInstituteofTechnology

摘要

焊装作为汽车生产过程的四大工艺之一，焊接质量的高低对轿车车身尺寸的影响至关重要，可以说，在车身制造过程中，焊装是关键工序，是整个车身制造的核心，白车身焊接质量的优劣决定了整车的制造质量。

焊接夹具是保证车身焊接质量的最重要因素，焊接夹具的主要作用就是保证所有焊接冲压件之间的相对位置以及焊接件的尺寸精度，合理的夹具设计、焊点规划、焊钳选择，可以确保焊接质量，降低生产成本，提高生产效率。

本文首先分析了汽车车轮轮罩焊装夹具设计的必要性和可行性；然后围绕车轮轮罩焊装夹具设计这一核心，通过对汽车焊装生产线、汽车焊装夹具的结构特点进行分析，归纳了焊装夹具的设计步骤和要点；重点对汽车车轮轮罩进行焊装工艺分析，研究了汽车车轮轮罩焊装夹具正确的夹紧位置及定位设计方式；最终完成汽车车轮轮罩焊装夹具的结构设计。

关键词：

汽车；轮罩；焊接；夹具；设计

ABSTRACT

Weldingproductionprocessasavehicleoneofthefourprocesses,thelevelofweldingqualityonbodysizeofcarisessential,canbesaidthatthemanufacturingprocessinthebody,weldingisthekeyprocessisthecoreofthewholebodymanufacturing,whitebodydeterminesthemeritsofqualityweldingvehiclemanufacturingquality.Weldingfixtureisguaranteebodyweldingqualitymostimportantfactor,themainroleofweldingfixturetoensurethatallweldingistherelativepositionbetweenthestampingandweldingpartsfordimensionalaccuracy,andreasonablefixturedesign,solderjointplanning,weldingclampselection,toensureweldquality,reduceproductioncostsandincreaseproductivity.

Firstly,thispaperanalyzestheautomobilewheelcoverdesignofweldingfixturenecessityandfeasibility;Thenaroundthewheelcoveronthecoreweldingfixturedesign,weldingproductionlineofautomobile,carweldingfixturetoanalyzethestructuralcharacteristics,summarizesthestepsandweldingfixturedesignelements;Focusonthecarhoodforweldingwheelanalysisofthetechnologyofautomobilewheelcoverclampweldingfixturecorrectlocationandorientationdesignapproach;Finallycompletedthecarwheelcoversthestructuraldesignofweldingfixture.

Keywords:

Automobile;WheelCasing;Welding;Jig;Design

II

目录

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1课题的背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3汽车焊装夹具的发展趋势 3

1.4本课题研究内容 3

第2章汽车焊装工艺特点 4

2.1汽车车身部件焊装工艺特点 4

2.2零部件尺寸对焊装的影响 4

2.3焊装夹具质量 5

2.4焊接变形 5

2.5操作影响 6

2.6面向焊接的车身尺寸控制方法 7

2.6.1车身基准统一系统 7

2.6.2夹具精度控制 8

2.6.3生产过程控制 9

2.7本章小结 9

第3章焊装夹具设计基础 10

3.1焊装夹具的基本概念 10

3.1.1焊装夹具的基本作用 10

3.1.2焊装线发展过程及现状 11

3.1.3焊装线的分类 11

3.1.4汽车焊装生产线的几种常见形式 12

3.1.5焊装生产线的组成 13

3.1.6焊装线的总体布局 14

3.1.7中国国内现有焊装线状况 14

3.1.8焊装生产线的选型 15

3.2焊装夹具设计的基本要求 15

3.3汽车焊装夹具设计方法 17

3.3.1夹具的基本构成 17

3.3.2夹具的设计步骤 17

3.4焊装夹具定位可靠性设计方法 18

3.4.1“N-2-1”定位原理 18

3.5本章小结 19

第4章基于轿车车轮轮罩焊装夹具设计 20

4.1夹具方案分析 20

4.1.1前期准备 20

4.1.2方案设计 21

4.2轮罩夹具设计 24

4.2.1轮罩的结构特点 24

4.2.2定位孔的选择 24

4.2.3夹具结构设计 25

4.3本章小结 28

结论 29

参考文献 30

致谢 32

附录 33

第1章绪论

汽车车身制造是汽车制造业中的一项系统工程，随着我国汽车制造业的飞速发展，对汽车焊装线的需求量巨大，对其质量上的要求也日益提高。

汽车车身是经冲压、焊接、涂装、总装这四个主要工艺过程生产出来的，焊装作为汽车生产的大工艺之一，其技术、设备、生产布局、自动化水平、柔性化水平等对整个汽车产的作用至关重要。

1.1课题的背景及意义

自1885年德国工程师卡尔·奔驰制成了世界第一辆以汽油发动机作为动力的汽车，汽车诞生至今已有100余年，汽车工业从无到有，迅猛发展，产量大幅度增加技术日新月异,全世界汽车年产量近5000万辆。

2006年，世界汽车市场增长仍然深陷停滞状态，而我国汽车产销双超720万辆，这意味着中国2006年超过德国成为全球第三大汽车生产国，同时超过日本，成为全球第二大新车消费市场。

汽车工业是我国国民经济支柱产业之一，在国民经济发展中有特殊地位和作用，汽车工业能极大地带动和促进其它工业和产业的发展，并且成为显示一个国家工业发达水平的重要标志。

随着汽车市场竞争的日益加剧，加快了汽车产品的更新换代步伐，汽车新产品的开发和制造周期越来越短。

2006年，国内汽车厂家共推出117款轿车、SUV和MP新车型。

增加新车型冲压模具和焊接工装夹具虽必不可少，但汽车换型最主要的是改造焊接生产线。

在汽车制造业中，汽车焊装夹具在汽车焊装线投入中占有相当大的比例，焊装夹具的设计制造直接影响汽车的生产规模、效率和生产质量。

1991年，为提高汽车制造过程中的质量，增强当时美国汽车制造业的信心，美国密西根大学吴贤铭教授首先提出了轿车车身焊装“2mm工程”的概念，即白车身焊后尺寸偏差小于2mm。

所谓汽车产品2mm工程就是从系统的观点出发，对汽车产品采用ContinuesImprovementIndicator车身制造综合误差指数，即六倍均方差“6σ”来控制车身制造质量，并用一整套确保汽车车身制造尺寸偏差最小化的制造技术和流程，达到汽车整车在密封、噪声、外观、动力性和寿命等方面制造偏差接近世界先进水平2mm以内，从而实现用最省的制造成本提高汽车产品整体质量。

2mm工程的核心内容就是采用切实有效的方法和手段，来控制和减少那些不可避免而又十分重要的关键尺寸的变动，以达到对轿车车身质量的控制。

随着汽车向中高档方向发展和整车2mm工程的推广，对焊装设备智能化和焊接质量的要求也将越来越高。

在这种情况下，开展有关汽车车身制造工艺过程方面的研究，提高车身制造精度，促使我国汽车工业整体水平迎头赶上，有着重要的意义。

近年来，汽车工业的技术进步非常快。

各汽车厂家为了在激烈的市场竞争中生存下来，不断推出具有高技术含量的新产品。

计算机控制的高自动化水平的无人焊装线在国外先进的汽车厂已普遍采用，上下料为自动输送机和机器人，车身全部是机器人焊接，生产人员主要从事质检、维护和管理工作。

电弧钎焊工艺取代了二氧化碳电弧焊。

车身焊装是车身制造的重要组成部分，它是将已经冲压成形的车身零件在夹具上定位夹紧后，通过点焊、凸焊、CO保护焊、钎焊以及粘接工艺（主要是电阻点焊）装配成为白车身的过程。

目前，国内的焊接装备生产厂家综合技术实力不足，不具备设计制造高水平的成套焊装线的能力，面对汽车行业的日益激烈的竞争又不允许国内的汽车生产厂家用国产的装备进行试验，只好成套引进，使得国内焊接装备生产厂家近年来与国外水平的差距越来越大。

国内汽车焊接生产水平与国外逐渐接近，而国内焊接装备制造水平与国外差距却逐渐加大，提高我国焊装线及焊装夹具自主设计和制造水平迫在眉睫。

1.2国内外研究现状

国内外对汽车焊装夹具的设计进行了多方面的研究，1988年，Youcef-Toumi等人提出一种关于薄板钢件的夹具分析的方法,研究了用于平板和壳体的三点和四点夹具定位系统，该方法没有考虑薄板变形减少问题；1991年，Menassa和DeVies提出基于“3-2-1”定位方案的使工件第一基准面法向变形量最小的夹具定位布置，但没有考虑夹具的特征；1996年,Cai、Hu和Yuan在采用变分法确定传统“3-2-1定位”夹具定位点位置的基础上,针对柔性车身薄板零件易变形的特点提出了“N-2-1定位”法,在薄板件法方向即第一基准面应用多于3个定位点来限制工件多余变形，利用有限元分析和非线性规划方法找到最优的定位点数“N”。

KulankaraK等建立了工件一夹具系统的弹性模型，采用惩罚函数处理夹具布局不合理问题。

陈猛，郭钢等人在2001年提出汽车焊接夹具CAD系统的设计目标并开发了三维汽车焊装夹具CAD系统；周至强、罗来军和林忠钦在2002年采用模块化设计和参数化设计技术开发了汽车覆盖件焊装夹具设计参数库等；岁波等在2003提出采用树状模型与关系模型来描述车身装焊工艺信息的混合建模方法，并在此数据模型基础上借助人机交互式三维仿真平台，建立了白车身虚拟装焊可视化工艺信息模型；2005年，刘海江，罗生斌针对国内汽车企业中白车身焊接机器人作业顺序不合理的问题，采用启发式的节约算法，有效的解决了机器人规划中的最短路问题，实现了机器人路径的优化；2006年，熊晓萍等提出将知识工程技术引入到传统CAD系统中，有效支持车身焊接夹具智能化CAD技术的快速实现。

1.3汽车焊装夹具发展趋势

目前，中国汽车有市场两个特点：

一是有很高的增长率，二是市场竞争非常激烈。

汽车市场的竞争点越来越集中在产品的更新换代上，面对如此快速的产品更新，汽车行业过去采用那种大批量单车型专机生产模式已不太适应当前发展的要求。

因此多品种的柔性化生产也越来越多地应用在汽车生产中，概括起来，目前汽车焊装夹具的发展显现以下两方面的特点。

1、车身焊接夹具设计的智能化趋势。

车身焊接夹具的设计受车身零件结构形状、焊接工艺、焊接方法、焊接设备等多种因素的影响和制约，设计周期长，设计工作量大，设计过程复杂，在一定程度上制约了汽车柔性化的发展方向。

随着AI技术和CAD技术的飞速发展，探索其结构的特点和规律，建立一个具有零部件库、实例知识库、领域知识库和推理规则的智能化系统，对于提高设计效率，缩短新车型的开发周期具有较大的实用价值。

2、自动化、柔性化程度普遍提高趋势。

汽车制造的个性化、批量化、高效率和对产品质量一致性的要求，使汽车焊装生产线的自动化、柔性化程度日益提高。

由于焊接机器人可以提高焊装生产的自动化程度，减轻操作者的劳动强度，提高生产效率，保证焊接质量，是实现了车身装焊的柔性化、自动化生产方式的有效手段，这样焊接机器人在汽车焊接生产中获得了大量应用。

据有关专家分析，我国机器人到2010年拥有量为17300台，年销售额超过90亿，中国的“机器人时代”即将到来。

随着机器人自动化成套焊装系统的广泛应用，我国汽车焊装生产线的自动化、柔性化程度将显著提高。

1.4本课题研究内容

汽车车轮轮罩在焊装过程中，由于薄板刚性差易变形，为了保证零部件之间正确的相对位置和焊接间隙，必须通过焊装夹具将其固定。

为保证汽车车轮轮罩装配尺寸的准确性，最重要的手段就是正确的工装定位。

汽车焊装夹具与其他夹具相比，定位单元型面复杂，精度要求高，设计制造难度大。

本文针对汽车车轮轮罩，构思夹具设计方案，进行焊点规划，焊钳选型，夹具工艺分析等。

最终完成汽车车轮轮罩焊装夹具设计。

第2章汽车焊装工艺特点

2.1汽车车身部件工艺特点

汽车车身一般由外覆盖件、内覆盖件和骨架件组成,覆盖件的钢板厚度一般为0.8~1.2mm范围内,骨架件的钢板厚度多为1.2~2.5mm,也就是说它们大都为薄板件,对焊接夹具设计来说,有以下特点。

1、结构形状复杂,构图困难。

汽车车身都是由薄板冲压件焊装而成的空间壳体,为了造型美观和壳体具有一定的刚性,组成车身的零件通常是经过拉延成型的空间曲面体,结构形状相当复杂。

2、刚性差,易变形。

经过成型的薄板冲压件有一定的刚性,但和机械加工件相比,刚性要差得多,而且单个的大型冲压件容易变形,只有焊接成车身壳体后,才具有较强的刚性。

3、以空间三维坐标标注尺寸。

汽车车身产品图以空间三维坐标来标注尺寸,为了表示覆盖件在汽车上的位置和便于标注尺寸,我国的汽车车身一般每隔200mm或400mm划一坐标网线（也简称车线）,3个坐标的基准是:

前后方向（X向）——以汽车前轮中心为0,往前为负值,往后为正值;上下方向（Z向）——以纵梁上平面为0,往上为正值,往下为负值;左右方向（Y向）——以汽车对称中心为0,左正右负。

2.2零部件尺寸对焊装的影响

零部件尺寸不合格会造成焊接误差，从而影响汽车车身尺寸偏差，所谓零件尺寸不合格是指零件实物尺寸和产品设计图纸不一致，即通常说的零件尺寸超差。

汽车覆盖件大量应用高强度薄钢板，导致冲压件形状尺寸精度不良的问题也越来越多，毛坯在冲压成形过程中由于受到不均匀变形，零件局部尺寸与标准形面不能吻合，或者由于冲压工艺设计不合理，模具和钢板本身的质量问题，都会引起零件缺陷，也就是通常说的冲压件形面精度不良，严重影响了车身特别是轿车车身质量。

起皱、面回弹、面畸变、线位移、滑移线、冲击线、粘结、划伤等都是冲压件不合格的表现。

其中最主要的质量问题是起皱，面畸变和面回弹。

当冲压件的某些部位形状有急剧变化时，毛坯的变形分布将不均匀，这时就很容易在形状急剧变化周围的表面产生凹凸，也就是局部的起伏，当起伏高度小于0.2mm时我们一般称之为“面畸变”，对于起伏高度超过0.2mm的，我们一般认为是“起皱”，面回弹是指冲压件形面在零件脱模卸载后产生的形状变化，弹复是指形状弯曲部分的弹性回复。

在实际的车身零部件制造过程中，实际得到的零件的尺寸形状不可避免的都会和设计数据有偏差，在后续的冲压件焊接过程中，这些偏差会影响到焊接组件的尺寸，最终会对车身总成的尺寸、形状精度产生很大的影响，成为制约车身质量的一个重要因素。

有时，对于某些零件非主要尺寸的尺寸偏差，在车身焊接时会产生一定影响的，我们可以在不影响车身质量的前提下适当地调整夹具，来消除对焊接的影响，但在很多情况下，我们是不能通过调整夹具就可以避免这些影响的。

如果零件尺寸特别是主要尺寸不合格，就不能正确的在夹具上装夹，或者在装夹时零件形面和其他零件的形面不能很好的贴合，过渡不协调平顺，从而无法焊接，有时虽然零件可以装夹并焊接，但由于零件之间匹配协调不好，在夹具上用较大的压紧力强行把零件衔接在一起，使其可以点焊，但由于夹具的压紧力使零件之间产生了强制变形，必然会造成装焊误差。

所以要减小车身尺寸偏差，所有的焊接零件必须检验合格才能投入使用，特别是车身上一些主要的装配孔、工艺孔的位置尺寸和装配面尺寸是必须控制的，要做到这些，就要努力提高冲压模具的设计和制作水平。

2.3焊装夹具质量

在车身制造过程中，焊装夹具是为保证焊件尺寸，提高装配效率，防止焊接变形所采用的工艺装备，将焊接零件在夹具上定位、夹紧，保证了零件间的相对位置，减小了焊接过程中的变形，提高了焊接的精度和质量。

由于轿车车身结构复杂，轿车车身焊装夹具的设计制造难度都比其他夹具大很多，要保证各冲压零件装配精度，车身焊装夹具的定位点和定位型面的精度要求非常高。

焊接夹具一般包含基板、定位装置和夹紧装置，有的夹具也包含旋转等一些辅助机构，将零件在夹具上定位夹紧、按照工艺进行焊接、卸下焊接组件就完成了一个焊接过程。

要保证车身质量，在试生产前，夹具的安装和调试也非常重要，只有合格的工装夹具才能制造出合格的产品，才能满足生产各阶段的质量控制目标，只有零件、夹具和实际操作匹配协调好之后，夹具才能正式验收使用。

由于夹具使用频繁，使用过程中难免会发生偏移，磨损等现象，一旦夹具出现偏差，冲压件就会出现定位偏差，在焊接时必将扭曲变形，最终会导致整个车身装配误差，车身结构受力状态也会恶化，严重影响白车身的质量。

2.4焊接变形

焊接误差造成的焊接变形一般很难进行定量的计算和确定，焊接变形量的获得是通过实际测量和理论分析相结合的方式获得的，理论分析是对变形的情况进行大致的定位分析，具体变形量的数值是进行实际试验测量获得。

检验变形量所需的测量方法很复杂，针对不同部位和不同的焊接方案，不同的焊接顺序等等都是影响焊接变形的因素，我们都要进行具体的分析和实际测量。

在数据出来后，我们可以通过对夹具进行精调后消除局部变形，从而减小部分焊接变形。

但是很多焊接变形是不可能完全依靠调整夹具就能解决的，在焊接过程中，必须依靠合理的焊接工艺，选择适合的焊接方法，控制稳定的焊接规范，以减少焊接变形。

装配i

装配1······

零件

车身焊接涉及的零件数量众多，装配过程复杂，影响因素繁多，即使零件的设计和制造都准确无误，在装配过程中由于夹具，焊接工具等的影响仍然会产生装配偏差，图2.1以车身装配过程为主线，说明了在车身焊接过程中偏差的形成过程。

装配偏差i

夹具释放

焊接

夹紧

定位

装配i+1

······

点焊热效应

焊枪偏差

夹紧偏差

定位偏差

装配n

·电极力·电流电压

·零件材料·匹配间隙

·设计不合理·制造不合理

·使用不合理·维护不合理

白车身

图2.1车身装配过程及偏差

2.5操作影响

白车身的装焊或是冲压件的制造，都是有多个步骤，多个工序来完成的，从上一工序到下一工序，在取放过程中不可避免的会产生一定变形。

另外由于操作者的熟练程度，是否严格按照操作规范来操作，都会产生随机性的制造误差，在实际生产中，我们要尽量避免这种随机误差。

归纳起来，轿车车身尺寸偏差产生的原因可以用图2.2来描述。

焊接变形

冲压件尺寸偏差

零件干涉焊接次序

回弹焊接规程

摸具磨损材料性能

工序间

冲压参数定位因素

轿车车身尺寸偏差

定位元件磨损运输

定位元件失效

夹具设计不合理劳动态度

夹紧力的影响 熟练程度

操作的影响

夹具的影响

图2.2轿车车身尺寸偏差原因

2.6面向焊装的车身尺寸控制方法

2.6.1车身基准统一系统

汽车的生产过程按制造顺序大致可以分为五步:

车身的设计，零件的制造，白车身焊接，白车身涂装，零部件装配。

生产过程中涉及的工序、部门众多，所以零件和