汽车车身焊接夹具设计规律及相关问题探析

刘秋芸

摘 要：汽车车身的焊装是汽车车身生产中必不可少的环节，而其焊接夹具的设计直接影响到最终的焊接质量。近些年来，汽车车身的设计愈发多样化和个性化，对焊装质量和焊装效率的要求也越来越高，这就要求设计人员一方面拓展焊接夹具的设计思路，解决相关设计问题，另一方面总结焊接夹具的设计规律，提高其设计速度。本文将从这两方面对汽车车身的焊接夹具设计技术进行探讨，希望能提升在焊接夹具设计方面的技术水平，以尽快满足我国日益增长的相关需求。

关键词：汽车车身；焊接夹具；设计规律；设计问题

对汽车车身来说，其焊接夹具的设计同时具备规律性和特殊性两方面的特征，规律性主要来源于设计过程中对设计经验的高要求，特殊性则来源于汽车车身本身的发展变化。因此，为汽车车身设计焊接夹具是一项相当复杂的工作，一方面要从过往经验中总结不变的设计规律，提高设计效率，另一方面要积极了解新型汽车车身的新特点，根绝新特点和新需求调整设计方式。为了同时实现这两方面的要求，必须了解焊接工艺特征、汽车车身变形特点、产品结构、装配要求等因素，这样才能實现焊接夹具设计的综合化、全方位化。

1.汽车车身的焊接夹具设计问题

焊接夹具的常见设计问题与设计难点基本都来源于汽车车身的自身结构特征。具体来说，包括以下三点：

1.1车身结构复杂引起的焊接设计构图问题

汽车车身均为空间壳体，需要使用薄板冲压件进行装焊，这种壳体有两方面的要求，一方面是物理性能要求，壳体必须具备足够的刚性，另一方面是造型美观要求，该要求随着人们审美观的改变而不停变化。为了满足这两方面的需求，车身零件大多是拉延形成的空间曲面体，形状和结构都非常复杂。而焊接夹具设计必须依照车身的实际结构形状进行设计构图，一旦车身形状和结构的复杂程度过高，焊接夹具的设计构图就会非常困难。

1.2车身刚性低下引起的焊接过程变形问题

如上文所述，汽车的车身壳体有刚性要求，但组成汽车车身的基本都是薄板冲压件，虽然也具备一定的刚性，但远不如普通的机械加工件，尤其是大型冲压件，在单独存在时非常容易变形。所以在设计其焊接夹具时不只要考虑夹紧程度，还要考虑焊接完成前的冲压件承受能力，一旦出现变形，整个焊接夹具设计相当于失败了。

1.3车身三维特征引起的焊接尺寸标注问题

不同于各种平面式工件的焊接夹具设计，汽车车身的焊接具有非常强的三维空间特征，而且三维跨度非常大，这为焊接夹具设计中的尺寸标注带来了一定的困难。为了保证焊接夹具能完全符合尺寸要求，必须事先针对车身的产品图进行三维的空间坐标标注，为焊接夹具的空间尺寸特征提供必要的数据参数。但三维的空间坐标标注比二维困难许多，对精度的要求也更高，这为焊接夹具设计的前置准备工作带来了一定的困难。根据实际经验可知，部分焊接夹具的尺寸设计失误就源自三维坐标的标定失误。

2.汽车车身的焊接夹具设计规律

2.1焊接夹具设计的精度控制规律

在焊接夹具的设计中，精度控制可以分为两部分，第一部分是车身本身的装配精度，该精度又分外观精度、骨架精度两类，前者指车门间隙面差，后者则是三维坐标值。设计出的焊接夹具必须在满足工序件焊装要求的同时令上述两种焊装精度得到满足。第二部分则是针对焊接夹具本身的精度标准，通常情况下，生产单位会对坐标线、底板基准槽、定位销、各类支撑件等做出各种参数上的精度要求，比如尺寸、形状、精度、公差等，焊接夹具的自身精度不能超出这些标准的限制。

2.2焊接夹具设计的六点定则规律

六点定则是一种对焊装件六个方向上的运动自由度加以限制的设计模式，但许多人在将其实际应用于焊接夹具设计时存在一定的误区。因为车身的焊接夹具属于薄板焊装夹具，所以有人认为六点定则规律不适用，事实上，六点定则在车身的焊装夹具设计中属于最常见的设计规律。另外，由于超定位现象的存在，有人在设计焊接夹具时，将全部方向的自由度限制职责都设计为夹具承担。但事实上，通过制件之间的彼此制约来限制自由度也是可以的，所以可以利用这一规律节省焊接夹具的数量，控制生产成本。

2.3焊接夹具设计的分块定位规律

车身的焊接不只包括一个部分，因此在设计焊接夹具时也要考虑到车身的分块定位。虽然分块方式会随着车型的差异而有所不同，但定位需要遵循的规律大致一致，具体可以包括以下三点：其一是门洞部分的装配尺寸必须加以确保，如果总成焊接没有侧围分块，则和前后立柱相关的分装夹具必须前后立柱定位，如果有侧围分块，则侧围的焊接夹具才是形成门洞的正确位置。其二是前后悬置孔必须要保证精度，底板悬置孔的冲压位置通常是底板的加强梁，所以装焊时的悬置孔相对位置必须精准，否则车身和车架无法顺利连接。其三是前后风窗口有很高的装配尺寸要求，其形成位置或者位于总装夹具，或者位于分装夹具，设计夹具时务必要予以考虑。

2.4焊接夹具设计的结构夹紧规律

车身的焊接夹具具有一些共同的结构特点和夹紧特点，在设计时有所掌握的话可以提高设计效率。从结构特点来看，车身的总装夹具在右侧围、左侧围、底板三处平面均要加工上坐标线与基准槽，在之后的夹紧组合阶段，装配和检测都依照基准槽进行，最终才能形成完整的夹具。从夹紧特点来看，因为焊接需要同时加工两个工件，所以夹紧点的数量普遍很多，而且由于车身是薄板冲压件，所以在设计时要注意让夹紧力的作用点落于支承点，如果夹紧力作用点落在支承点平面上，除非工件具备足够的刚性，否则工件有很大可能脱离定位标准甚至直接弯曲。

3.结语

总体来说，汽车车身的焊接夹具设计并不是一项独立的工作，前置的冲压件和工序件的设计安装对焊接夹具设计会造成影响，而焊接夹具设计又会影响后续的实际汽车车身焊接过程。在这种情况下，在设计车身的焊接夹具时不只要考虑到本身的设计特点，还要综合考虑与前后工序的关系，保证整个汽车焊装环节能够完美融合，否则焊接夹具的设计独立出来，即使设计成果再优秀，也无法满足实际的车身焊接需求。

参考文献：

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