从车身尺寸控制方面验收焊装夹具

徐刚　周翰

摘 要：汽车车身骨架及门盖是由薄板冲压件拼装焊接而成，焊装夹具是焊接产品质量的重要保证。文章以新车型项目的焊装夹具为实例，从车身尺寸保证的角度，简述了车身焊装夹具的作用、设计原理以及夹具验收时应注意的事项。对于新车型项目阶段夹具验收，能够提供一般性的指导意义。关键词：车身尺寸;焊装夹具;新车型项目中图分类号：U467  文献标识码：A  文章編号：1671-7988（2020）11-159-04

Abstract： The frame and doors of vehicles body in white are assembled and welded by sheet stamping metals. Welding fixtures are important guarantee for the quality of welding products. Taking the welding fixtures of a new vehicle project as an example， this paper briefly describes the function and design principle of the welding fixtures， and how to review welding fixtures from body in white dimension quality controlling. It can provide general guidance for fixture review in new vehicle project stage.Keywords： Body in white dimension; Welding fixture; New vehicle projectCLC NO.： U467  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）11-159-04

前言

随着汽车行业的快速发展，对汽车车身尺寸精度的要求也越来越高。众所周知，汽车车身主要是由冲压薄板拼装焊接而成，从冲压单件到每一级分总成，其尺寸偏差都会最终影响到车身总成的尺寸精度。由于汽车冲压件，尤其是覆盖件，面积较大、刚性较差、容易变形，因此在拼装焊接时需要专门的焊装夹具对其进行定位夹紧，以防止焊接过程中零件因焊接热影响等因素发生变形，影响车身尺寸精度。本文从车身尺寸精度保证的角度出发，浅析焊装夹具的作用，并结合焊装夹具的设计原理，重点介绍了焊装夹具验收时应注意的几个事项。

焊装夹具的作用，主要体现在两个方面：一是保证焊接时各零件之间相对位置正确;二是防止或减小零件的焊接变形。尤其是批量生产时，可以稳定焊接质量，减少焊件尺寸偏差，保证产品的互换性。在考虑尺寸保证的情况下，焊装夹具的设计原则需紧扣以上两个方面，以零件的RPS系统为参考设置定位装置，并合理设置分布辅助夹紧装置。焊装夹具验收包括两个阶段：一是对设计状态夹具图纸进行审核，目的是检查夹具设计是否合理;二是夹具制作安装完成后，现场试制阶段，检查夹具工作是否正常、夹具是否引起零件变形、销子是否松动等问题。焊装夹具验收是焊接产品批量生产前非常重要的一个环节，是焊接产品顺利进行批量生产的重要保证，对产品的尺寸精度控制和质量稳定性极为关键。

1 焊装夹具对车身尺寸控制的意义

焊装夹具是焊接前将两个以上冲压件或分总成依次定位并夹紧的装置，是焊接生产时焊接产品质量的重要保证。对于车身尺寸而言，焊装夹具的作用一是保证各个零件之间的相互定位精确;二是通过夹具夹紧，防止或减小零件的焊接变形。另外，当焊接零件存在偏差时，通过调整夹头或定位销的位置，可以在一定程度上对焊接产品的尺寸进行优化。

1.1 焊接零件的定位和夹紧

焊接零件的定位是指将零件在夹具中的位置按照一定的要求确定下来，将零件的自由度一一予以限制。根据六点定位原理的3-2-1原则，将刚体的六个自由度一一予以限制即可对其进行定位。但是，对于汽车薄板冲压件而言，刚性极差，容易变形。若在冲压件焊接时仅仅采用六点定位原理对其进行定位，由于零件自重或夹紧力等原因，零件易产生变形，影响焊接产品的制造精度。在设计冲压件焊接夹具时多采用N-2-1的原理对焊件进行定位，即在六点定位原理的基础上采用辅助定位或辅助夹紧。

焊装夹具是通过定位销和定位块来实现工件定位，保证工件之间相对位置正确。焊装夹具定位系统是依据零件的RPS系统来设计的，保证设计、生产、测量基准的一致性。如图1所示，后车门内板RPS系统，除了六个主控RPS外，增加了三个Y向辅助RPS。跟据内板单件的RPS系统，车门内板分总成焊接时，内板单件在焊装夹具上的定位方式如图2所示：后部RPS1孔位为圆销，限制内板的X、Z方向的自由度;RPS2孔位为削边销，限制内板Z向自由度;六个Y向RPS处为支撑块，对内板起Y向支撑定位作用。同样，其它小的加强件也是根据各自的RPS系统设计定位方式，实现各工件在焊装夹具上正确的相对位置。

除了对焊接零件进行定位，焊装夹具还需具备夹紧装置，使零件在焊接过程中稳固不攒动，零件之间焊接面贴合，同时防止或减小零件焊接变形。鉴于冲压件刚性差、易变形，且冲压件常常因回弹带来尺寸偏差，合理的焊接夹紧布置，对焊接零件的尺寸保证及矫正作用具有非常重要的作用。

1.2 车身尺寸调整

通过加减垫片，在一定方向上可以实现焊装夹具定位器及夹紧装置的位置调整。一方面，保证夹具使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废。另一方面，当焊接产品存在尺寸偏差时，可以根据尺寸偏差方向，调整焊接定位元件或夹头位置，对尺寸进行优化。如图3所示，前盖铰链加强板在与内板焊接时，是通过定位销对铰链加强板的X、Y向进行定位。当铰链加强板的焊接螺母孔出现X向或Y向位置偏差时，我们可以通过向偏差相反方向调整定位销的位置，来优化加强板的形位尺寸。图4所示为前盖内板分总成焊接夹具上铰链加强板的定位销，通过加减垫片可以调整定位销X和Y方向的位置。

2 焊装夹具验收注意事项

焊装夹具验收是产品批量生产前对夹具生产可行性的审查，是批量生产顺利进行的保证。一是夹具设计完成后的预验收，主要检查零件定位是否合理、夹紧装置布置是否合理、夹头及定位元件的可调整性、夹头对外覆盖件表面的影响等。二是夹具制作安装完成后，现场试生产阶段检查夹具的工作是否正常，零件定位是否稳定、销子的直径大小是否合理、夹具关闭夹紧后夹头与零件是否贴面、夹头夹紧后是否会引起零件变形或产生应力等。结合前段时间实际工作内容，本文主要列举说明了夹具设计预验收时应注意的一些方面。

2.1 零件定位合理性检查

零件在焊装夹具中的定位主要是通过定位销和定位块来实现的，是各焊接零件之间相对位置精确的重要保证。在夹具设计验收时，须结合零件上件顺序，首先检查确认各零件依次定位是否合理可靠。注意事项包括：定位方案是否与零件RPS系统一致，零件是否缺少定位或过定位，定位块设计状态与零件是否贴面，定位销直径大小与孔径大小是否相对应，定位销是手动销还是自动销，定位销翻转是否合理等。

（1）零件定位方案与零件RPS系统一致性

生产基准与设计测量基准保持一致性，能够实现上下级零件尺寸的有效传递，有助于尺寸跟踪和分析。如图1和2所示，门内板在焊接时采用的定位孔和定位面均与内板零件的RPS系统保持一致。

（2）零件缺定位或过定位检查

对于刚体在空间的定位，我们只需将其六个自由度一一予以限制即可。但是冲压件刚性差、易变形，往往需要适当的增加辅助定位，以防止零件因自重等因素发生变形。

如图5所示，侧框外板焊接工位，侧框外板的前后两个主RPS孔分别采用圆销和削边销对零件进行定位。该定位方案看似符合正常的定位原则，没有缺定位也没有过定位。但是，实际上我们需考虑到侧框外板面加大、前后距离远、板料的刚性差这些因素。仅仅在后面的RPS孔设置一个Z向的削边销是不够的，还需增加X向的控制，将削边销改为圆销，同时前后定位均需要改为销带面增加Y向加紧。

如图6所示，车身总拼车顶焊接工位，车顶后部左右两侧定位销均采用圆销，属于过定位现象。若实际零件两个孔的相对位置存在偏差，当自动定位销下行定位时，容易与零件产生干涉，我们建议左侧圆销改为削边销。

（3）定位销设计检查

对于夹具定位销的检查，首先检查销子是圆销还是削边销，是否造成零件缺定位或过定位。除此之外，还需检查销子与定位孔的配合、销子手动定位还是自动定位、销子的翻转方式等。为确保定位精确，一般要求销子直径比定位孔的孔径单边小0.1mm以内。对于销子的定位方式，若销子为固定销则需考虑零件上件卸料是否方便;采用自动伸缩销则需考虑零件制造精度及零件其它定位，以此评估销子撞料的可能性;若采用手动定位销则需考虑工人操作的方便性，是否影响生产节拍。对于零件较软尺寸要求较高的零件，定位销的翻转方式也需要注意，避免销子引起尺寸变形。

2.2 夹紧点布置合理性检查

焊装夹紧对焊接产品的质量具有极其重要的意义，一是可以防止或减少焊接零件变形，保证焊接产品质量稳定性;二是保证零件焊接面匹配，保证焊点或焊缝质量。除了根据零件的面RPS设置夹紧以外，还需根据定位焊点分布和零件结构合理布置辅助夹紧装置。从尺寸角度出发，在考虑焊接可行性的情况下，零件夹紧布置一是要尽量靠近焊接区域，二是零件易变形区域增加夹紧控制。夹紧布置在考虑对零件稳定控制的同时，还需考虑其工作合理性，避免夹紧引起零件变形等问题。

（1）夹紧布置尽量靠近焊接区域

零件在焊接时容易受焊接热影响产生变形，同时为保证焊接质量零件之间焊接面匹配要求高，因此在靠近焊接区域应布置夹紧，减少或防止零件变形、保证焊接稳定。如图7所示，在车身地板焊接中，前后地板搭接处中部，Z向没有任何支撑。而其他多种车型已有中部凹陷的经验教训，因此，我们认为是不合理的，需要在前地板靠近搭接处增加Z向支撑夹具，防止地板中部凹陷，影响后道匹配。

（2）零件易变形区域增加夹紧控制

对于零件易变形同时又有尺寸监控要求的区域，需注意布置夹紧装置对零件进行控制。例如侧围后围板的焊接，该零件面积较大刚性较差，同时车身有多个X向测量点监控尺寸。建议增加X向支撑夹紧，加强后围板的焊接稳定性。

2.3 夹具可调整性检查

为了保证焊接夹具的使用寿命和焊接尺寸调節功能，定位元件和夹紧元件位置都可以通过垫片来调整，设计时垫片的预留厚度是5mm。夹具审查时要注意定位销在其零件定位方向上是否可调，定位块或夹头在其夹紧方向上是否可调。在有空间的前提下，要尽量避免一个定位块同时定两个方向，方便调整及减小调整误差。另外，为调整方便，在筋线区域尽量避免使用全型面块。如图8所示，前内板焊接夹具，部分夹头采用非平面的全型面夹头，我们建议夹头改为平面避开筋线，一是方便夹具调整，二是避免零件干涉。

2.4 夹头对外覆盖件表面的影响

为保证焊接，有时需要在车身外覆盖件区域设置尼龙压块。对于设置在覆盖件外表面上的压块，我们需要重点检查其型面状态是否会影响零件表面。例如靠近筋线的外覆盖件压块，我们建议压块覆盖住筋线，以避免零件表面出现瘪塘。如图9所示，D柱Y向推块直接压在外覆盖件，Y向压力容易引起零件表面瘪塘。建议压块型面覆盖筋线，以减小表面瘪塘的风险。

3 总结

焊装夹具是车身尺寸的重要保证，本文简单叙述了车身焊装夹具对车身尺寸控制的意义，从车身工装夹具实例出发，重点讲述了焊装夹具验收时应注意的一些方面：

（1）零件定位的合理性，确保零件定位与零件自身的RPS系统保持一致，防止过定位或缺定位;

（2）夹紧装置布置合理性，确认焊接区域以及重点装配尺寸有夹紧控制，保证焊接稳定性，同时要避免零件夹紧变形。

（3）在尺寸控制方向，定位元件或夹紧元件具有可调性，后续能在一定程度上对车身尺寸偏差进行调整优化;

（4）在设计上，尽量降低夹头或压块对外覆盖件表面的影响。

参考文献

[1] 陈焕明.焊接工装设计.航空工业出版社，2006.8.

[2] 米新民.轿车白车身制造尺寸偏差控制关键技术研究[D].交通大学，博士后学位论文1999.

[3] 李轩.浅谈统计过程控制在汽车制造白车身关键尺寸控制中的应用[J].中国战略新兴产业，2017（8）：121-123.