顶模块化焊接夹具在客车上的应用
2019-02-21王林照安徽安凯汽车股份有限公司
文/陈 飞 王林照(安徽安凯汽车股份有限公司)
企业要想在市场中站住脚,必须不断创新变革,降低成本,提升产品质量。但对于传统的机械加工来说,稍微复杂一点的零件加工就要专门设计制造一套工装。有的加工零件的批量小,零件加工结束工装就没有利用价值了。多品种、小批量的生产模式使机械加工制造陷入了一种恶性循环之中,工装的数量多,成本居高不下。如何减少工装的数量和开销,是制造业必须面对和解决的问题[1]。工装夹具是客车生产中必不可少的保障设备,涉及到客车前围工装、后围工装、侧围工装、顶盖工装、底架工装等五大片工装,必须加大工装夹具投入,才能保证产品质量。可是客车是订单产品,有订单才生产,如果每个订单都投入工装夹具,成本会很高,也无法很好满足制作周期。所以需要创新思维,开发柔性化工装夹具,既可以拆卸、组合,使得制作模块化,满足订单产品使用,又可以通过不断优化产品设计图纸和工艺过程,实现以最少的工装、最低的投入,获得最大的价值。
一、客车车型数据统计
客车一般应用于客运和公交。客运车车身弧度形式多样、造型种类也多,一般难以从设计源头将外形尺寸、弧度等关键尺寸统一。公交车用途单一,车型虽多,但可以规划出统一弧度、车宽。安凯客车公交系列从长度来分,有10m、11m、12m系列;从动力来分,有燃气、燃油、电动系列。焊装车间在5大片制作过程中,使用的简易工装无法保证焊接质量,如果按照车型分类来制作工装则需要投入大量的人力、物力,既影响生产进度,又受车间场地限制。为了提高公交车车身焊接质量及车身结构统一性,从车身骨架结构分析、小总成分解,设计优化,提出车身骨架模块化设计焊接思路。
二、目前行业客车焊接夹具状态
目前客车行业多数的焊接夹具是传统的单片焊接夹具,根据设计产品图纸,按照对应的车身大片,设计对应的夹具,再对特殊需要保证的位置设计专用焊接夹具,如方向机支架、桥悬挂处、发动机处等关键位置。传统设计夹具的方式多为用矩形管或者钢板台面作为焊接基准面,再在基准面上分布定位单元,定位单元采用夹紧机构夹紧焊接原件。设计夹具需要满足工艺要求,使用方便,安全省力,既能改善劳动条件、节省劳动力,又具有通用化,系列化的特点。要结合现场实际条件,根据实际情况来设计夹具[2]。目前多数企业使用平放式焊接夹具,夹具水平放置在地面;也有部分企业采用的是立式焊接夹具,夹具竖起放置。这些焊接夹具形成的方式多和企业的场地布置、习惯操作有关,各有优缺点。
三、客车顶模块化焊接夹具思路
由于客车产品的种类多,标准统一的焊接夹具很难做到,而客车的车顶结构相对变化较小,一种平台系列的客车,车顶整体弧度和宽度一般不变,变化的一般是横梁间距、顶部长度、空调位置,因此客车顶最容易进行柔性焊接夹具设计。
本柔性化焊接夹具根据一般柔性夹具的特点,进行了一定的创新,主要由基础支撑部件、可换模块、可调整定位卡组成,如图1所示。
图1 柔性化焊接夹具结构图
1.基础支撑部件
可以根据需要设计成不同高度和长度的框架结构,在框架上部平面铺设导轨,轨道要求平整,下部安装金属轮,如图2所示。在导轨上安装和顶骨架横梁数量相仿的横梁,用于在轨道上运行,实现车身长度方向即X向的调节,横梁尺寸不易过宽,一般150~200mm左右,横梁的两端需钻孔,用于后面模块的安装,使用销轴定位是一种比较快捷的定位方式。横梁的调节可以根据需要再进行改进,可以加装伺服电机实现自动控制。
图2 基础支撑部件示意图
2.可换模块
可换模块是一种T型槽结构,通常是在一块钢板上铣出T型槽,此结构最为牢固,但成本较高。因此常用三块板材组合连接,在底层使用一块板材,中间铺设较窄板材,上面铺设较宽板材,实现所需的T型槽结构,如图3所示。底层的板材需要在T型缝隙挖出一定的长孔,用于焊接产生的飞溅物清理,所有板材加工完成后都需要进行防飞溅处理。模块两端有吊耳,用于换模块时候吊运。模块的两端打孔,用于固定在横梁上。
图3 可换模块结构示意图
3.可调整定位块
定位块由两部分组成,下部为靠山,上部为定位卡,一般为Q345钢材通过切割加工而成。下部靠山可以设计成标准件,为L形,使用T型螺栓安装固定在模块的槽内,可以沿着车身宽度方向即模块的槽内实现Y向的移动调节。靠山上还焊接螺栓螺母机构,螺母焊接在靠山的竖直面,调节螺栓可以托举住定位卡,防止定位卡下移,这对焊接夹具的准确定位尤为重要。在焊接过程中,工件的压力下,一般U型槽内定位卡会产生下移,故需要在定位卡下部增加支撑。定位卡上有两处U型导槽,通过螺栓锁紧在靠山上,可以上下调节高度,即实现Z向的调节。定位卡的开口根据定位工件进行设计大小,用于定位住不同规格的工件。
四、结论
柔性焊接夹具通过更换模块,实现平台系列产品的更换。通过调节XYZ向的位置,实现同平台产品之间的微调。不管何种调节,都需要一定的人员投入进行焊接前的准备,但实现了一个焊接夹具多用的理念,极大地节约了投入的成本。随着科技的发展,新材料的应用,柔性化焊接夹具会更加广泛地应用于客车焊接中。