汽车车身焊接夹具的精度评估探究

焊接夹具尺寸精度评估探究车身制造精度是汽车整车质量中非常关键的质量指标，它直接影响到整车的密封性、舒适性、美观性等，目前车身尺寸控制精度已经成为汽车制造业研究的焦点丰田汽车在进行的“一毫米工程(车身的测量点的误差在±0.5mm)”，已经做到车身三坐标测量，测量点误差在±0.5mm内的占车身测量点比例的78%左右，测量点误差在±1mm内占车身测量点比例的97%以上。国内汽车业追赶世界品牌汽车品质同时越来越关注汽车车身的制造精度了，而一个车身零件在300~500个，这么多的冲压件需要在焊接夹具上进行装配后焊接，焊接后的车身尺寸偏差无疑和焊接夹具的精度有重要的作用。在进行车身的新产品开发过程，焊接夹具在投入使用前需要对其进行精度的评估，本文旨在探究焊接夹具的评估方法，为提高焊接夹具在车身尺寸控制的作用提供有效保证。汽车厂把焊接夹具外委给夹具制造公司时要有制造验收的标准，各个汽车厂的各自对焊接夹具的结构性，标准性有各自的要求外，一般都会有焊接夹具本身的尺寸精度的通用要求，普遍的焊接夹具的评估是，汽车厂或焊接夹具制造公司对焊接夹具进行检测评估，检测的方法主要三坐标测量机（CMM,CoordinatedMeasurementMachine）和其他辅助设备检测焊接夹具，而后对焊接夹具的精度进行评估，判断焊接夹具是否合格，是否能够满足使用要求，是否能够满足车身的精度的要求。这种检测评估可分为两种方式。一种是静态检测评估，另一种是动态检测评估。一、焊接夹具尺寸精度的静态评估方法焊接夹具尺寸精度的静态检测评估方法使用的比较常见，几乎所有的夹具制造公司或汽车车身厂都采用这种方式，就是使用CMM把焊接夹具的定位销，定位支撑块的空间位置进行测量，夹具图见图1,焊接夹具尺寸精度的测量报告见图2,测量的标准为下表，表1列出了夹具关键机构空间尺寸的相关标准序号夹具结构名称空间尺寸标准备注1定位支撑块±0.1通常一个坐标值2定位销±0.1通常两个坐标值图1图2图1为夹具结构介绍图2为夹具的CMM检测报告二、焊接夹具尺寸精度的动态评估方法焊接夹具尺寸精度静态评估能够对定位零件的主体结构的定位销和连接支撑块进行有效的空间尺寸精度进行测量评估，但夹具使用的耐久性和定位的可靠性缺乏有效的评估了。夹具是制造工装，通常需要连续生产使用，而且一个车型通常达到150~250套夹具，不可能向检具一样进行有周期性的使用CMM进行周期性的标定；另焊接夹具在进行零件装配时收到零件回弹和尺寸公差的影响，对焊接零件有应力，这些应力在装配冲压零件时才能体现，所以焊接夹具尺寸精度静态评估不能完全客观的评估出真实结果。这就需要引入焊接夹具尺寸精度的动态检测评估方法。焊接夹具尺寸精度的动态检测评估又可分为尺寸精度耐久性评估和尺寸精度可靠性评估。1、尺寸精度耐久性评估耐久性评估时主要对焊接夹具的制造精度做检测的，我们知道如果销孔和销座的加工尺寸精度满足不了标准，即使定位销牢牢的拧紧在连接块上，定位销在零件反复冲击情况下会发生松动，如果定位销在销座上松动，定位销定位零件的精度将发生尺寸的偏差，并且出现反复拧紧反复松动的情况。如果长时间松动会造成销座孔磨损，夹具无法继续满足使用要求。在焊接夹具中，角座通常右L、H、U形两种，如图所示，角座在夹具中起到将夹具基准面和规制板连接到一起的作用，它们之间相互的位置也是靠定位圆柱销来保证的，角座加工中销孔的位置精度为±0.01mm。规制板在焊接夹具中用来确定定为支撑块的位置，并将角座和连接块连接在一起，规制板上并安装夹爪和气缸，给夹紧力起到一个支撑点的作用。根据工件的形状和加工需要不同，规制板的形状也不同。但与角座和连接块的相互的位置也是靠定位圆柱销来保证的，从图4可以看到销孔的相对加工精度为±0.01mm。定位销座如图6所示，它主要的作用是将定位销固定在夹具中正确的位置，在图6中可以看到定位销座是通过两个定位圆柱销和一个连接螺栓与连接块装配在一起的，因此定位座与连接块的加工精度一样，也是±0.01mm。以上所有的夹具结构部分的加工精度达不到，即使拧紧螺栓能够固定结构件，使用频次高了就会造成定位支撑块和定位销发生松动，造成定位冲压件尺寸造成偏差，无法满足使用要求。图3图4图5图6另焊接夹具的定位销和定位支撑块的硬度一般的要求为HRC40~50，这也是对焊接夹具耐久性要求的，表2列出了夹具定位机构的零件制造的相关公差名称定位孔与定位孔定位孔与基准边材质硬度要求定位支撑块±0.01±0.0145#HRC40~50定位销座±0.01±0.0145#连接块±0.01±0.0145#规制板±0.01±0.0145#角座±0.01±0.0145#基准面±0.01±0.0145#进行夹具结构件的加工精度测量的方法很简单，可以对夹具的结构件进行拆卸后测量。焊接夹具的使用中的可靠性是进行焊接夹具尺寸精度评估中最关键项目，这项通常在不进行车身尺寸深入研究时均不做此项的评估。2、尺寸精度可靠性评估焊接夹具静态尺寸精度通常都可以做到完全符合要求，但进行新品车身时为什么要进行夹具调试呢？除了由于薄板冲压件不能做到完全符合要求，需要进行适当的夹具调整，“中和”零件的不合格而满足最终产品的偏差量减小。另一个重要因素是焊接夹具上的定位销在定位零件时通常受到垂直定位销方向的应力，这个力主要来源于定位孔的偏差造成，定位销需要克服定位孔的偏差就受到如图7所示的力F，定位销在受到力F情况下会发生空间位置的偏差，这个偏差会使焊接车身零件尺寸发生尺寸偏差。同样定位支撑块在进行定位时为了保证焊接零件定位贴合，通常会有一个夹紧力F，见图8。有时为了克服零件的回弹力，夹紧力F会加大，定位支撑块受力F也会发生空间位置的偏差，也会影响焊接车身零件尺寸发生尺寸偏差。定位车身零件两种结构是焊接夹具最重要的尺寸，而这种情况的偏差在夹具精度尺寸的静态评估中是无法体现出来的，这需要建立模拟动态情况。图7图8图7和图8的结构发生受力偏差的情况一般情比较小，但焊接夹具为了满足定位要求，焊接空间要求，通常会使用比较复杂的定位机构，如果进行机构选择和加工尺寸精度不够会出现较大的偏差，如定位非垂直于夹具基面状态的零件时，使用伸缩定位机构。如采用直线导轨机构、导杆气缸机构、运动夹爪定位销等结构，如图9，该机构在定位时通常受到切线方向的力，会使定位机构偏移F是给定位销一个切向力，H是在这个力的作用下使定位机构偏移H。图9测量评估的标准通常和冲压件的质量状况定义的有所不同，以下表格为参考值表2列出了测量受力状态结构件偏差参考值结构名称500N1000N2000N定位销≤0.1mm≤0.15mm---定位支撑块≤0.05mm≤0.1mm---移动滑台（最远点）------≤0.1mm受力偏移量的测量方法一般可以制作辅助工具的方法，在进行焊接夹具精度尺寸的同时进行，一般可以对静态测量后，安装辅助工具，如在定位销的定位板件的位置使用弹簧称拉动，使定位销受到切线方向的标准力，再次对定位销空间位置进行检测，就可以了；移动滑台可以在离直线导轨最远距离施加作用力，在滑台的反向施加拉力，再进行二次测量。图10夹具的精度可靠性的研究通常还有夹具的夹紧力的标准要求，夹紧力要求主要是为了解决薄板冲压件回弹对尺寸精度的影响，一般的夹具的设计公司一般都有具体的要求，通常的标准是下表表3列出了焊接夹具的夹紧力和板件厚度的参考值板件的厚度（mm）0.71.01.52.02.53.03.54.0夹紧力（N）200250300350400500500500非精确值注：不同的公司要求的数值会不同夹紧力的检测也很简单，采用压力测试仪对夹爪头夹紧位置直接测量就可以了。国内汽车业要实现车身尺寸技术的研究并实现制造精度的提升，要赶差欧美、日韩汽车的车身尺寸精度，需要对影响车身尺寸的设计偏差，冲压零件的制造偏差和装配焊接偏差等方面做深入分析研究不可，所有工欲善其事，必先利其器，最起码要对焊接夹具精度尺寸有一定的理解，本人认为国内汽车业对焊接夹具的系统性的评估鉴定还没有系统性的标准，这会制约汽车车身尺寸控制发展的速度。