汽车车身焊装工艺技术模板.docx
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1、汽车车身焊装工艺汽车车身装配关键采取焊接方法,在汽车车身结构设计时就必需考虑零部件装配工艺性。焊装工艺设计和车身产品设计及冲压工艺设计是相互联络、相互制约,必需进行综合考虑,它是影响车身制造质量关键原因。第一节 焊装工艺分析工艺性好坏客观评价标准就是在一定生产条件和规模下,能否确保以最少原材料和加工劳动量,最经济地取得高质量产品。影响车身焊装工艺性关键原因有生产批量、车身产品分块、焊接结构、焊点部署等。一生产批量车身焊装工艺关键由生产批量大小确定。通常来说,批量越小,夹具数量越少,自动化程度越低,每台夹具上所焊车身产品件数量越多;反之,批量越大,焊装工位越多,夹具数量越多,自动化程度越高,每台
2、夹具上所焊车身产品件数量越少。1 生产节拍计算生产节拍是指设备正常运行过程中,单位产品生产所需要时间。假设某车年生产纲领是30000辆份 / 年 工作制:双班,250个工作日,每个工作日时间为8小时 设备开工率:85则生产节拍计算为: 2时序图设计时序图(TIME CHART)是指一个工位从零部件上料到焊好后合件取料整个过程中全部动作次序、时间分配和相互间互锁关系,这些动作包含上下料(手动或自动),夹具夹紧松开,自动焊枪到位、焊接、退回和传送装置运动等。生产线上每个工位时序图设计总时间以满足生产节拍为依据,同时时序图也是焊装线电气控制设计技术文件和依据,是机电交互接口。图41所表示为一张时序图
3、,它内容包含:(1)设备名称,它是以完成动作单元来划分。比如移动装置,夹具单元1,焊接,车身零部件名称等。其中车身零件名称表示上料动作,组件名称表示取料动作。 2)对应设备动作名称,它是以动力源动作来划分。比如移动装置是由气缸驱动上下运动和电机驱动工位间前后运动组成,它动作名称分别为上升,下降,前进,后退;再比如夹具是由夹紧气缸驱动夹紧,它动作名称分为夹紧,打开等。(3)各动作次序立即间分配,动作时间表分配是以坐标网格形式标识,每格单位为5秒,一个循环总时间为生产节拍,各动作之间前后次序关系图用箭头线标识。通常气缸夹紧动作时间为23秒;焊接时间和焊点数量相关,常以一个焊点3秒时间估算。合理分配
4、调整各个动作时间,满足生产节拍要求是车身焊装工艺设计关键。(4)行程开关(L/S)和电磁控制阀(V/V)编号,它标明了各个动作之间次序及互锁关系,其编号和对应气路控制图上编号应该一致。时序图设计在工艺方案总设计完成后就能够进行,经过计算各动作次序时间,能够得出本工位时间节奏,比较能否满足生产节拍和生产纲领要求,并作对应调整,甚至改变工艺设计。因为每个车身装焊零部件数量一定,焊点数量一定,焊接时间一定,要达成一定生产节拍内完成全部焊接,就必需将工序分开,分工位上料、焊接。二车身产品分块分块是将车身外壳体分成若干块便于冲压和焊装零部件、组合件、分总成和总成。合理分块不仅有利于形成良好装配质量,并可
5、有效地简化和优化制造工艺。汽车白车身是一个尺寸很大复杂焊接结构件,设计制造时常常是将车身总成合理地划分为若干个部件和组合件,分别进行装配焊接成份总成件,然后再装配焊接成总成结构,这么化复杂为简单,化大为小,能够大大提升劳动生产率,改善结构焊接工艺性。1 结构分离面将白车身总成份解为若干个分总成,相邻两个分总成结合面称为分离面。分离面能够分为两类:(1)设计分离面依据使用上和结构上特点,将汽车车身分成为能够单独进行装配分总成,如发动机罩、行李厢盖、车门、车身本体等,这些分总成之间结合面,称为设计分离面。设计分离面通常采取可拆卸连接,如铰链连接,方便在使用和维修过程中快速拆卸和重新安装,而不损坏整
6、体结构。(2)工艺分离面在生产制造过程中,为了适应制造装配工艺要求,需要深入将上级分总成份解为下一级分总成,甚至小组件,进行单独装配焊接,这些下一级分总成或组件之间结合面,称为工艺分离面。比如车身本体总成份解为前围、后围、地板、左/右侧围、顶盖六大分总成,这六大分总成份别平行进行单独装焊,以后总装在一起进行焊接,这些分总成之间结合面就是工艺分离面。工艺分离面通常采取不可拆卸连接方法,如焊接、铆接等。它们最终组成一个统一刚性整体。2 装配焊接方法依据工艺分离面划分情况,将汽车车身装配焊接方法分为两类:(1)集中装配焊接法将车身产品装配焊接工作集中在较少工位上,使用较少工装夹具来完成装焊工作,称为
7、集中装配焊接法2)分散装配焊接法将车身产品装配焊接工作,分散在较多工位和工装夹具上来完成,称为分散装配焊接法。它分散依据是工艺分离面确实定。如表41为某一轿车车身侧围总成份散焊装步骤图。3 分散装配焊接法优越性在车身制造中,要依据生产纲领、工厂设备情况和技术水平,合理地划分组合件,分总成进行装配焊接,这种方法有很多优点:(1)能够提升焊装质量,改善工人劳动条件把整体车身结构划分成若干组合件、分总成后,它们就变得重量较轻、尺寸较小、形状结构简单,轻易确保焊装精度。因为有很多尺寸、形状和技术要求等在部件上确保比在整车上确保要轻易多。比如侧围窗框尺寸及外轮廓曲线形状等全部是在侧围总成焊装线上得到确保
8、。从焊接角度来讲,分散装配焊接能够把部分需要全位置操作工序改变为在正常位置操作,使焊点尽可能处于有利于焊接位置,可尽可能避免立焊、仰焊、横焊,这么有利于提升装配焊接质量,改善劳动条件,也提升了劳动生产率。比如车身顶盖、侧围及前、后围在整车总成焊装中分别为仰焊和立焊,而在分总成焊装中可变成俯焊。伴随零件分散程度提升,操作工人分工愈加细化和专一,更轻易掌握操作技术和提升技术熟练程度,从而快速提升劳动生产率和焊装质量(2)缩短产品制造周期组合件、分总成焊装生产能够并行进行,扩大了工作面,增加了同时工作人数,避免各工序之间相互影响和等候。有组合件或分总成含有相同或相同形状和尺寸,能够组织连续性流水作业
9、以缩短制造时间。比如车身左右侧围焊装线部署。(3)轻易控制和降低焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形和焊缝在结构中所处位置及数量有着亲密关系。在划分组合件时,要充足地考虑到将组合件焊接应力和焊接变形控制到最小,使总成装配时焊接量降低到最小,以降低可能引发焊接变形。而且,在组合件焊装时,结构刚性降低,能够比较轻易地采取夹具或其它方法来预防变形。即使已经产生了较大变形,也比较轻易修整和矫正。(4)能够降低焊装夹具成本分组件装配焊接法以后能够大大简化焊装夹具复杂程度,有利于夹具设计和制造,从而使焊装夹具成本降低。(5)能够提升生产面积利用率分组件装配焊接能够降低和简化总装时工位数,增加平行进行作业地
10、点,大大扩大了装配焊接工作面,提升了生产面积利用率。4 工艺分离面确定标准工艺分离面合理确定是发挥上述优越性关键。划分组件进行装配焊接时应从以下多个方面来综合考虑:(1)尽可能使各组件本身结构形式是一个完整构件要考虑到结构特点,便于组件、分总成最终总装和结构尺寸精度确保。工艺分离面要避开结构上应力最大地方,确保不因划分工艺组件而损害结构强度。(2)确保组件强度和刚度所划分组件、分总成结构要有一定刚度和强度,即在白车身重量作用下,不能产生永久性变形,同时也要考虑吊装方便。(3)工艺上合理性工艺上关键考虑划分组件后焊点数量和位置合理部署,要有利于采取自动化和机械化设备,也有利于减小焊接变形,能够提
11、升产品质量和劳动生产率。(4)现场生产能力和条件限制分组件装配焊接中,因为采取较多专用夹具,生产准备周期较长,各工序之间协调关系复杂,给生产管理带来困难。同时伴随焊装工位数量增加,要求有较大生产面积和较多技术工人。(5)生产节拍要求在大批量生产中,采取分组件装配焊接法进行生产,能显著地提升劳动生产率和产品质量,缩短生产周期,降低产品成本。即使此时因为分组件装配焊接增加了工序及专用夹具数量,使其费用增多,但产量大而分摊到每个产品上费用不会增加,仍然能够得到显著经济效果。当单件生产、试制和少许生产时,为了缩短生产准备周期,降低专用夹具费用,降低工件在夹具上装卸次数,降低辅助工时,宜采取集中装配焊接
12、方法。三 焊接结构因为汽车车身除一些加强构件外,关键全部是由低碳钢薄板冲压零件焊接而成,其厚度在0.6mm1.5mm范围之内。采取最多焊接方法是电阻点焊,它将工件(PANEL)以200300kgf程度加压至焊枪铜电极,并瞬间(0.160.2秒)经过大约1万安培高电流,以电极接触点发生电阻热熔融结合焊接方法。在一辆小车车体中大约有3000个焊点,其大部分为两层焊,依据结构也有34层焊。当生产批量不大和含有密封要求连接处,和开敞性差焊缝,通常采取二氧化碳气体保护焊。1焊接接头型式焊接连接处称为焊接接头。因电阻点焊要求,车身结构基础焊接接头型式关键是搭接接头和弯边接头,图4-2所表示。其中4-2(a
13、)(b)为搭接接头,4-2(c)(d)(e)为弯边角接,4-2(f)为弯边对接。弯边接头焊点操作性优于搭接接头,因为弯边接头焊点直接暴露在操作台面一侧,选择小型“X” (a) (d)型焊钳就能很方便地进行焊接。考虑焊接强度,弯边接头起到相当于加强梁作用,可增大结构强度,但翻边因受冲压工艺限制,造成贴合不理想,易产生焊接缺点,而且弯边接头 (b) (e)焊点抗正应力能力比抗剪切能力差,总对焊接强度增大不大。考虑焊接精度,搭接接头焊点质量关键决定于工 (c) (f)装精度。而弯边接头焊接质量除了和工装精度相关 图42 焊接接头型式外,还和零件翻边精度相关,而受冲压工艺和储运方法影响,翻边是零件质量
14、最不稳定地方,它轻易造成两零件因贴合不好产生焊接变形,而且弯边接头零件不利于利用工艺孔对零件作正确定位。2接头开敞性封闭接头是不可能用作点焊,半封闭接头如车身底部和内部接头也会给制造带来一定麻烦。图4-2(b)所表示为封闭断面结构,不易直接采取点焊。因为下电极无法设置,需要采取间接导电型式或改用其它焊接方法来处理。因为车身各连接部位不一样,组成零件形状不一样,即使全部采取搭接或弯边接头,但其结构断面形状有很大差异。图4-3为车身侧围经典断面示意图。其中(a)和(e)中焊点A开敞性差,结构设计不合理,假如将(a)断面形状改为图(b)型式,就大大提升了焊点可达性;一样(e)结构也是如此。若在结构设
15、计上不能避免封闭式断面,则能够经过结构分解来实现焊点焊接,如将(a)中结构分解为件1和件2组合件,先焊完点A后,再装焊件3,这么不仅达成了结构设计要求,而且改善了结构开敞性。一样(e)中也能够先将件2和件3在A点焊好后再装焊件1。冲压件结构型式要考虑点焊工 艺性。因为电阻点焊方法本身可达性差,在车身结构设计时,应尽可能避免采取狭窄而深或上、下电极难以靠近焊接结构和焊接接头。图44所表示,(a)中因为上电极伸入深窄焊件中,增加了点焊机二次回路感抗,使焊接电流不稳定而降低焊点强度和质量;图44(b)结构中必需采取特殊弯电极,这种电极冷却条件不好,降低了焊接表面质量和电极使用寿命。 (a) (b)3
16、接头强度 图44 不合理点焊结构点焊焊缝适宜在剪切力下工作,而不宜在拉伸力下工作。设计汽车车身点焊焊接结构时,应尽可能使焊缝在剪切力而不是在拉力下工作。图4-5所表示,(a)为焊点受拉伸力状态,(b)为焊点受剪切力状态。点焊焊缝强度和母材种类及焊接工艺相关。比如,低碳钢剪切许可应力可取为母材65,而拉伸许可应力可取为母材40,焊点部署方案 (a) (b)不一样,焊点中所受应力种类也不相同。另外,要 图45 焊点受力状态尽可能避免焊点密集部署或交汇在一起,不然金属易因为过热而产生严重应力集中及变形,影响焊接质量。车身外板焊接,因为焊接热应力会使表面局部变形而影响外观质量,这时可经过改变车身零件形
17、状来消除或减轻这类缺点。图4-6(a)是轻型汽车门板点焊接头,在门外板表面1区会出现凹凸不平,若将门外板此处设计成带斜凸梗棱线(图46b),就能够起筋条作用而减 图46 车身外板形状小变形。假如外部造型不许可这么,也可将门外板制成曲面形状(图46c)。4焊接厚度点焊通常见于两层薄板之间连接,有时也用于连接叠在一起三层薄板。为了确保焊点焊透率,两层焊件厚度宜相等或相近,厚度相差应小于3倍。连接三层板时,如板厚有差异,厚板应置于中间,有利于熔核在三层板上形成。四 焊点部署车身焊接中焊点数量和焊点间距确实定是焊装工艺性一项关键内容。焊点间距越小,焊点数越多,焊接强度也就越高,但分流越大,它会给产品强
18、度带来不利影响。焊接质量也会因分流影响而不易确保。依据车身焊接接头特点和车身结构设计时接头搭边宽度和焊点部署等,焊点部署应着重考虑以下多个问题:1 在满足接头强度和技术要求条件下,尽可能减小搭边宽度,以减轻结构重量。为确保焊点质量,对焊点中心离板边最小尺寸要求,可参考表4-2。表42 焊点中心到板边最小距离 焊件厚度(mm) 1 2 3 4 6焊点中心到板边最小距离(mm) 8 12 18 25 302在实际车身制造中,因为设置焊装夹具需要,对弯边接头宽度(图47)应确保a最少为2025mm,其根部尺寸通常等于板厚。3焊点距离应选择合适,在确保接头强度和技术要求前提下,焊点距离应尽可能大些。因
19、为在焊缝长度一定范围内,焊点部署越多,点距越小,分流越大,焊点熔核尺寸减小,反而降低了焊缝强度。车身焊装合理点距如表4-3所表示。焊接大零件或组合件时,点距能够合适加大,通常大于3540mm,在 图47 弯边宽度有些非受力部位,则焊点距离还能够加大到7080mm。在多点焊机上焊接,焊点之间距离要求大于50mm。表43 车身焊装合理点距一个焊件厚度(mm) 1 2 3 4 6二层板焊接最小点距(mm) 15 25 30 40 60三层板焊接最小点距(mm) 20 30 40 50 804三层板焊接时,其点距比二层板焊接时要合适大些,如表4-3所表示。考虑焊点强度稳定性,尽可能少采取三层板焊接结构
20、。焊点合理部署并不能完全填补因为产品结构本身设计不合理所造成强度不足缺点。所以,为了提升产品使用寿命,必需在设计合理产品结构基础上,来考虑焊点合理部署。五 焊装工艺规程编制汽车车身焊装工艺过程是指多种零部件装配成组合件和分总成,然后在深入焊装成总成件过程。指导这一过程工艺性文件就称为焊装工艺规程。它是车身生产中关键指导性文件,其内容包含要焊接零部件名称,装配焊接次序,装配焊接方法,质量要求,检验方法,焊点数量、部署等,有利于生产组织和管理工作。1 装配工艺方案装配工艺方案是对车身产品焊装过程中关键问题,作出标准性要求。通常在立项时开始编制。其编制内容包含:(1)产品对象总成件及零部件、组合件数
21、量、名称和结构。(2)设备描述确定产品分散装配焊接方法,所需工位总数,各工位焊接方法,上料方法,工装设备,工位间距,工位间传输方法等。(3)设计依据产品生产纲领,工装设备定位精度,工作区大小,设备开工率,水、电、气参数,设计数据和图纸等。(4)工艺方案各工位上料次序,焊点数量,工装夹具方法,焊接方法,作业方法,作业时间等。(5)技术质量要求工装设备技术制造、操作要求,焊接质量要求,产品尺寸要求,焊接设备要求等。焊装工艺方案不仅在工艺标准上要求了工艺过程本身,同时也决定了生产组织和计划工作、厂房和车间部署、多种设备和装备配置,它直接影响到生产周期、劳动生产率和生产成本,它是多种设备和装备选购技术
22、依据。2工作工艺规程工作工艺规程是装配工艺方案中每一个工序内容具体具体说明,它是依据装配工艺方案进行编制,也称工序卡。它要求了本工序各装配零件在夹具中安装次序、定位和焊接方法、焊接规范、时间定额、所用工具设备和耗材等等。如表44为一张经典工序卡片。第二节 焊装夹具工艺方案设计轿车车身是由上千个冲压件、近5000个焊点焊装成一个整体,每个零件之间连接必需在三维空间中依靠焊装夹具定位,零件和零件连接形成一个整体车身。每一个零件连接精度,全部是由焊装夹具来确保,它直接影响到功效部件,如发动机、转向器、变速器等安装精度和性能。关键外形部件,如保险杠、车门、发动机盖、后箱盖、前后灯等安装平顺性,全部和车
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