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          淺析汽車(chē)車(chē)身的焊接工藝設計

          2017-02-08 12:53:00
          sawchina
          原創(chuàng )
          7516
          摘要:在汽車(chē)廠(chǎng)中,焊接生產(chǎn)線(xiàn)相對于涂裝線(xiàn)和總裝線(xiàn)來(lái)說(shuō),剛性強,多品種車(chē)型的通用性差,每更新?lián)Q代一種車(chē)型,均需要更新車(chē)間大量專(zhuān)用設備和生產(chǎn)工藝。焊接工藝設計可以稱(chēng)得上是焊接生產(chǎn)線(xiàn)的“靈魂”,涉及的專(zhuān)業(yè)知識較多,如機械化、電控、非標設備、建筑、結構、水道、熱通、動(dòng)力、電氣、計算機、環(huán)保和通訊等,從宏觀(guān)上決定車(chē)間的工藝水平、物流、投資和預留發(fā)展,具體決定著(zhù)生產(chǎn)線(xiàn)的工藝設備種類(lèi)和數目、夾具形式、物流工位用具形式、機械化輸送方式及控制模式等。因此,焊接工藝設計在焊接生產(chǎn)線(xiàn)的開(kāi)發(fā)中占有舉足輕重的地位,是產(chǎn)生高性?xún)r(jià)比焊接生產(chǎn)線(xiàn)的關(guān)鍵。

          在汽車(chē)廠(chǎng)中,焊接生產(chǎn)線(xiàn)相對于涂裝線(xiàn)和總裝線(xiàn)來(lái)說(shuō),剛性強,多品種車(chē)型的通用性差,每更新?lián)Q代一種車(chē)型,均需要更新車(chē)間大量專(zhuān)用設備和生產(chǎn)工藝。焊接工藝設計可以稱(chēng)得上是焊接生產(chǎn)線(xiàn)的“靈魂”,涉及的專(zhuān)業(yè)知識較多,如機械化、電控、非標設備、建筑、結構、水道、暖通、動(dòng)力、電氣、計算機、環(huán)保和通訊等,從宏觀(guān)上決定車(chē)間的工藝水平、物流、投資和預留發(fā)展,具體決定著(zhù)生產(chǎn)線(xiàn)的工藝設備種類(lèi)和數量、夾具形式、物流工位器具形式、機械化輸送方式及控制模式等。因此,焊接工藝設計在焊接生產(chǎn)線(xiàn)的開(kāi)發(fā)中占有舉足輕重的地位,是產(chǎn)生高性?xún)r(jià)比焊接生產(chǎn)線(xiàn)的關(guān)鍵。

          1、車(chē)身焊接工藝設計的前提條件

          1.1產(chǎn)品資料

          a.產(chǎn)品的數學(xué)模型(簡(jiǎn)稱(chēng)數模)。在汽車(chē)制造行業(yè)中,一般情況下用UG,Catia,ProE等三維軟件均能打開(kāi)數模(如圖1),并在其中獲取數據或進(jìn)行深人的工作。在工藝設計過(guò)程中,將所有數模裝配在一起就構成了一個(gè)整車(chē)數模,從數模中可以獲得零部件的結構尺寸、位置關(guān)系。由數模還可以生成整車(chē)、分總成、沖壓件的各種視圖(包括軸測圖),以及可以輸出剖面圖。

          b.全套產(chǎn)品圖紙。

          c.樣車(chē)、樣件(包括整車(chē)車(chē)身總成、各大總成、分總成和沖壓件)。

          d.產(chǎn)品零部件明細表(包括各部件的名稱(chēng)、編號,沖壓件的名稱(chēng)、編號、數量,標準件的規格、數量)。

          工藝設計時(shí),業(yè)主必須提供上述a、b、c中至少1項,d項可以從前3項中分析出來(lái),正常狀態(tài)下d項(如圖2)早在汽車(chē)設計結束時(shí)就已經(jīng)確定了。如果僅提供b項,那么需要增加大量的車(chē)身拆解、分析工作。

          1.2工廠(chǎng)設計的參數

          工廠(chǎng)設計的參數包括以下幾方面:

          a.生產(chǎn)綱領(lǐng)即年產(chǎn)量;

          b.年時(shí)基數即生產(chǎn)班次、生產(chǎn)線(xiàn)的利用率等;

          c.生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化程度(機器人+自動(dòng)焊鉗焊點(diǎn)數/全車(chē)身焊點(diǎn)數x 100%=自動(dòng)化率);

          d.生產(chǎn)線(xiàn)的工藝水平要求(如主要設備選用原則、生產(chǎn)線(xiàn)的輸送方式,電氣控制水平等);

          e.各種材料、外購件的選用原則(如型材、控制元件、氣動(dòng)元件、電機、減速器);

          f.各種公用動(dòng)力介質(zhì)的供應方式、能力、品質(zhì)等參數,建廠(chǎng)所在地的環(huán)境狀況如溫度、濕度等;

          g.當生產(chǎn)線(xiàn)布置在原有廠(chǎng)房?jì)葧r(shí),應收集原有房的土建、公用有關(guān)資料,如廠(chǎng)房柱頂標高、屋架承載能力、電力和動(dòng)力介質(zhì)的余富程度等。

          2、工藝分析

          2.1工藝線(xiàn)路分析

          根據業(yè)主提供的產(chǎn)品資料進(jìn)行產(chǎn)品工藝線(xiàn)路分析(如業(yè)主僅提供樣車(chē)及樣件則需經(jīng)過(guò)樣車(chē)分析→樣車(chē)拆解→樣車(chē)測量→樣車(chē)再裝配過(guò)程),完成裝焊工藝線(xiàn)路圖或爆炸圖設計。

          2.1.1產(chǎn)品分塊

          同類(lèi)型車(chē)身的分塊基本相同(一般車(chē)身均由地板、側圍、前/后圍、門(mén)、頂蓋等大總成組成),但各總成之間的連接方式及順序往往有較大區別,合理的分塊才能保證車(chē)身的裝配和焊接。例如,解放平頭駕駛室的裝配順序就比較特殊,先形成側后圍焊接總成(左/右側圍與后圍形成焊接總成),而后形成駕駛室總成。

          2.1.2確定基準

          整個(gè)車(chē)身的設計、制造、檢驗均建立在同一坐標系上,在車(chē)身設計時(shí)一般已經(jīng)考慮到裝配、焊接、總裝配和搬運過(guò)程中所需的基準(孔、面),車(chē)身裝焊的整個(gè)過(guò)程必須建立在一定的基準上才能保證整車(chē)的幾何形狀和尺寸,同時(shí)這些基準也是夾具設計、制造、調整、檢測和維修的基準。確定基準時(shí)應注意以下幾個(gè)方面:

          a.基準的統一性,在焊接過(guò)程中基準是逐步傳遞的;

          b.基準應便于測量;

          c.基準應保證零件的準確定位;

          d.基準應考慮便于焊接操作。

          2.1.3確定車(chē)身裝配的幾何精度及檢測的基準面

          幾何基準是零件或部件的某個(gè)明顯部位,用來(lái)確定該零部件在X,Y,Z坐標系統內的理論位置;準確的部件基準位置用以保證裝配的幾何形狀的準確性,因此基準位置對裝配工作非常重要,在研究焊接過(guò)程之前需要仔細分析部件的基準,必須與用戶(hù)一起完成幾何形狀的分析,由用戶(hù)確定其基準位置、或由設計人員確定后再取得用戶(hù)同意。

          為了使這些基準能一直保持準確,在夾具制造與安裝調試過(guò)程中必須嚴格控制以下幾方面。a.在制造焊裝夾具時(shí)進(jìn)行調整(檢測);b.在生產(chǎn)時(shí),對裝配好的部件的最后幾何尺寸進(jìn)行校核;C.在維修裝焊夾具時(shí)進(jìn)行檢測。

          2.1.4確定裝配順序

          車(chē)身的每個(gè)沖壓件、分總成和總成都是按照嚴格的順序進(jìn)行組裝、焊接從而完成整個(gè)車(chē)身焊接的,每個(gè)零件的裝配順序必須保證能完成全部焊接工作且便于焊接。

          2.1.5焊點(diǎn)分析

          表明焊點(diǎn)的主要參數(焊點(diǎn)的數量、位置、幅度、重要程度)是產(chǎn)品設計時(shí)決定的,但目前部分業(yè)主僅提供產(chǎn)品數模而沒(méi)有產(chǎn)品圖紙。這時(shí),焊點(diǎn)的主要參數需要工藝設計人員確定。

          2.1.5.1定形焊點(diǎn)的確定

          相對復雜的工件之間的焊接,往往需經(jīng)過(guò)組裝、補焊的過(guò)程完成。在組裝工位,由于生產(chǎn)節拍限制、設備數量布置空間需要和夾具有效空間占用等原因,不可能完成全部焊接工作,但必須完成部分焊點(diǎn),這些焊點(diǎn)應能保證工件離開(kāi)夾具時(shí)的形狀尺寸,這部分焊點(diǎn)稱(chēng)為定形焊點(diǎn),一般情況下定形焊點(diǎn)占總焊接點(diǎn)數的1/3左右。

          2.1.5.2焊點(diǎn)分組

          車(chē)身每個(gè)總成上都要完成許多焊點(diǎn),在編制工藝時(shí)必須對焊點(diǎn)進(jìn)行分組,即將1把焊鉗在1個(gè)工作節拍內完成的焊點(diǎn)分為1個(gè)焊點(diǎn)組。

          2.1.5.3焊鉗初步選型

          焊點(diǎn)分組工作完成后即可進(jìn)行焊鉗選型,確定焊點(diǎn)組的數量即焊鉗的最小數量,根據工件的形狀及尺寸確定焊鉗的形式(X形,C形)及喉深、開(kāi)檔、行程、電極形狀,焊鉗的吊掛形式(橫吊、縱吊、轉環(huán))根據焊點(diǎn)位置和操作位置確定。焊鉗型號的確定要在夾具總圖設計完成之后,根據選定的焊鉗制造商提供的型譜進(jìn)行焊鉗型號的選擇,對于在型譜中找不到合適焊鉗焊接的焊點(diǎn),需要重新設計焊鉗與之匹配。2.2編制工藝過(guò)程卡

          在具備前提條件下,經(jīng)過(guò)工藝分析,就可以開(kāi)始編制裝焊工藝過(guò)程卡。工藝過(guò)程卡是裝焊線(xiàn)設計、制造和調試整個(gè)過(guò)程的指導性文件,是裝焊線(xiàn)全部工作的基礎,裝焊工藝過(guò)程卡的編制深度和質(zhì)量對裝焊線(xiàn)設計、制造。調試整個(gè)過(guò)程的質(zhì)量甚至成敗起決定性作用。2.2.1生產(chǎn)節拍

          一般生產(chǎn)節拍可按式(1)計算:

          T節=全年工作日x每日班次x每班工時(shí)xK1 x

          K2/年綱領(lǐng)(1)式中,K1 為工時(shí)利用率,一般取 0.9;K2為設備利用率,一般取0.8-0.9。

          2.2.2工位設置及工位生產(chǎn)周期

          工位是構成生產(chǎn)線(xiàn)的基本單元,工位生產(chǎn)周期必須小于或等于生產(chǎn)線(xiàn)節拍。工位生產(chǎn)周期是從待焊接零部件上料(裝件)開(kāi)始到完成本工位全部作業(yè)并將工件取出的整個(gè)過(guò)程時(shí)間,同時(shí)應考慮工時(shí)利用率及設備利用率。工位生產(chǎn)周期與操作工人的熟練程度有很大關(guān)系,一般準確的工位生產(chǎn)周期需由實(shí)測確定,工藝設計舊寸應使所有工位的工位生產(chǎn)周期盡可能相等并接近生產(chǎn)節拍。

          2.2.3工作密度

          工作密度是指一個(gè)工位上設置的焊接設備數量及操作工人數量,主要由工件外形尺寸、焊接工藝方法和焊接工作量決定。

          a.按工件外形尺寸決定工作密度。

          外形尺寸小于1000 mmxl 500 mm,工作密度取1;外形尺寸小于2 000 mmxl 500 mm,工作密度取1-2;外形尺寸小于3 000 mmx 1500 mm,工作密度取2-3;外形尺寸小于6 000 mmx 1 500 mm,工作密度取3-4.

          b.按照焊接工作量和生產(chǎn)節拍確定工作密度。

          2.2.4工時(shí)定額估算

          工時(shí)定額=焊接工作時(shí)間+輔助工作時(shí)間

          每一工位或工序的時(shí)間定額一般由裝件、夾具動(dòng)作夾緊、焊接、松開(kāi)夾具和將工件送至下一工位的時(shí)間累計構成,也可用焊接時(shí)間放大而得出,即概算定額,工序時(shí)間定額(工時(shí))=焊接工作量÷焊接速度xK。

          以下是幾種焊接方法焊接速度的一般狀況估算值,其焊接速度與焊點(diǎn)及焊縫的間距、分布、焊鉗及焊槍的接近性、工人操作難易程度等有一定的關(guān)系,故僅供工藝編制參考。a.手工焊鉗點(diǎn)焊15點(diǎn)/min;b.機械手焊鉗點(diǎn)焊20點(diǎn)/min ; c.C02半自動(dòng)焊300 mm/min ; d.機械手C02自動(dòng)焊400 mm/min; e.螺柱焊(手工8 個(gè)/min; f.凸焊螺母(手工)3個(gè)/min; g.銅釬焊100 mm/min 。

          2.2:5工藝卡的內容

          a.焊件(總成或合件)簡(jiǎn)圖一般為軸測圖(立體圖),圖中:應標出進(jìn)入裝配沖壓零件的名稱(chēng)、圖號及數量;同時(shí)要標出焊點(diǎn)的位置、數量,甚至施焊的順序;各種標準件如螺母、螺柱、支架等位置、數量及焊接方法。

          b二工藝過(guò)程描述:從工件(零、合件)的裝入、定位夾緊、焊接及焊后將合件送往下工序的整個(gè)過(guò)程,按先后順序既簡(jiǎn)單又全面的描述。

          c.工序所采用的夾具、設備、輔具及工具的名稱(chēng)、編號及數量作定性及定量分析。

          d.給出工序的時(shí)間定額,甚至分每一工步給出,而工時(shí)的確定有如下幾種方法:憑經(jīng)驗;采用人工模仿,秒表測定;計算機仿真。

          2.2.6工藝卡的格式

          工藝卡格式見(jiàn)焊接工藝卡附表(如表1)。

          2.2.7工藝卡編制的工作量

          以三廂轎車(chē)為例估算:簡(jiǎn)圖約100張,工藝卡約200張,需要3個(gè)有經(jīng)驗的能夠獨立工作的技術(shù)人員花兩個(gè)月的時(shí)間完成。

          3、工藝設計

          工藝設計是焊接生產(chǎn)線(xiàn)設計的基礎,其他專(zhuān)業(yè)(機械化、非標設備、土建、公用、電控)設計均以工藝設計文件為指導,工藝設計文件的深度必須滿(mǎn)足相關(guān)專(zhuān)業(yè)的設計需要。工藝設計文件一般包括以下內容。

          3.1工藝設備安裝圖

          標明工藝設備安裝位置、設備外形、編號,原材料、半成品、成品存放地及通道,工人操作位置,預留面積(如果有),起重設備質(zhì)量、跨度、軌道線(xiàn),機械化運輸懸鏈、單軌等的范圍軌跡,水、電、氣供應點(diǎn)及局部通風(fēng)位置的坐標等。

          3.2設備明細表

          3.3焊機、時(shí)控箱布置圖

          表示焊機、時(shí)控箱及相關(guān)設備的型號、數量、安裝位置、安裝方式、接管尺寸等內容,供公用各專(zhuān)業(yè)設計支管線(xiàn)和焊機、時(shí)控箱安裝時(shí)使用。簡(jiǎn)單的裝焊線(xiàn)可直接在車(chē)間工藝設備安裝圖中表示。

          3.4焊鉗、平衡器布置圖

          表示焊鉗、平衡器的型號、數量、安裝位置、吊掛方式,供焊鉗安裝使用。簡(jiǎn)單的裝焊線(xiàn)可直接在車(chē)間工藝平面圖中表示。

          3.5滑軌、滑車(chē)布置圖

          表示滑軌型號、長(cháng)度位置,滑車(chē)形式、尺寸、位置、數量,供機械化專(zhuān)業(yè)設計滑軌、滑車(chē)安裝圖使用。簡(jiǎn)單的裝焊線(xiàn)可直接在車(chē)間工藝設備安裝圖中表示。

          3.6標準設備訂貨任務(wù)書(shū)

          3.7非標設備設計任務(wù)書(shū)

          說(shuō)明對機械化運輸方式的要求,與機械化相關(guān)的吊掛要求,設備長(cháng)、寬、高及其技術(shù)要求,工藝參數,最大工件尺寸、面積和質(zhì)量等。

          3.8夾具設計任務(wù)書(shū)

          夾具設計任務(wù)書(shū)(如圖3)是夾具設計的指導文件,也是夾具最終驗收的依據,所以?shī)A具任務(wù)書(shū)一定要得到甲方的認可并簽字。

          3.8.1編制的前提條件

          a.已編好的工藝卡,認為確實(shí)可行并得到用戶(hù)的認可。

          b.按合同與業(yè)主商定的技術(shù)條件,如手動(dòng)或氣動(dòng),外購件的來(lái)源等。

          3.8.2編制步驟

          a.根據工藝卡了解裝配順序、焊接順序、焊鉗類(lèi)型、操作位置來(lái)確定工件的位置,以及工作臺面的高度,同時(shí)確定臺面是固定或是可旋轉(水平或垂直),是否需要帶舉升取件的裝置。

          b.確定進(jìn)人裝配的零部件定位及夾緊點(diǎn),并表示出來(lái),給出序號。

          c.確定定位銷(xiāo)及支承夾緊器的形式,并將斷面圖畫(huà)出。

          d.確定測量點(diǎn)及計算出其數據(理論數據)。

          3.9檢具設計任務(wù)書(shū)

          3.10工位器具設計任務(wù)書(shū)

          工位器具設計任務(wù)書(shū)是工位器具設計的指導文件,也是工位器具最終驗收的依據;工位器具任務(wù)書(shū)必須符合設計深度要求,必須經(jīng)業(yè)主簽字確認后方可進(jìn)行工位器具設計。說(shuō)明放置工件的名稱(chēng)、編號、數量,工件放置形式、運輸形式,必要時(shí)畫(huà)出簡(jiǎn)圖及注明尺寸。

          3.11公用管道司令圖

          用以指導廠(chǎng)房管線(xiàn)設計的管線(xiàn)總體布置:規劃圖,避免管線(xiàn)之間或管線(xiàn)與建筑物/構筑物之間直接相碰或不滿(mǎn)足規定的安全距離要求。

          3.12車(chē)間土建資料

          3.13 車(chē)間公用資料

          4、工藝設計的主要注意事項

          a.汽車(chē)車(chē)身在裝焊過(guò)程中,合理分塊非常重要,而車(chē)身總成的分塊大體相同,但往往對頭接縫處有所變化,要認真分析。分塊決定夾具的套數、工藝流程,是工藝設計的第一步。

          b.工藝設計不能只顧眼前,應該遠近結合、滾動(dòng)發(fā)展,做到近期合理、遠期可行。

          c.要充分考慮混線(xiàn)生產(chǎn)的可能性,在夾具設計任務(wù)書(shū)和工藝設備選型上盡可能柔性化。

          d.生產(chǎn)方式盡可能精益,盡量減少在制品存放,大型外覆蓋件的物流盡量短;靈活布局車(chē)間內的各條生產(chǎn)線(xiàn),使各生產(chǎn)線(xiàn)之間工件輸送及與其他車(chē)間的銜接盡量短捷、順暢,提高生產(chǎn)效率。

          e.生產(chǎn)線(xiàn)的布置要考慮空中機械化運輸設備和水、電、氣管線(xiàn)布置流暢。

          f.小件生產(chǎn)盡量集中布置,提高設備利用率。按照工藝流程在線(xiàn)旁布置小件的模式,從節約成本的角度看是不可取的。

          g.焊鉗的選型不容易做好,在焊接生產(chǎn)線(xiàn)調試過(guò)程中更換5%的焊鉗是比較低的,故需要進(jìn)行三維焊鉗與夾具的焊接過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬,提高選型準確性。

          h.有條件的項目建議應用數字化工廠(chǎng)軟件虛擬焊接車(chē)間,將以往設計中不宜發(fā)現的問(wèn)題經(jīng)過(guò)計算機仿真,較早地被發(fā)現和解決,提高設計方案、圖紙的準確性和節拍平衡。

          i: 工藝設計不能脫離生產(chǎn)管理系統,計算機系統在那些工位取得生產(chǎn)信息,就要求在設備定貨技術(shù)任務(wù)書(shū)明確功能及接口條件。

          5、結束語(yǔ)

          焊接工藝設計涉及的知識領(lǐng)域寬,受到制約同樣比較多,比如產(chǎn)品系列、用戶(hù)觀(guān)念、工藝水平、質(zhì)量精度要求、周邊物流狀況、投資限制、原有廠(chǎng)房及廠(chǎng)區等,因此要求工藝設計人員見(jiàn)多識廣。生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)水平和自動(dòng)化率不是越高越好,也不是生產(chǎn)線(xiàn)投資越低越好,在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,高性?xún)r(jià)比的焊接生產(chǎn)線(xiàn)是工藝設計永恒的追求目標。隨著(zhù)我國汽車(chē)行業(yè)自主品牌的不斷增加,焊接工藝設計也必實(shí)現由國外設計多而轉變成國內設計多,將會(huì )有更多的自主品牌焊接生產(chǎn)線(xiàn)得到廣泛應用。

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