汽车车门焊接工艺设计

毕业设计论文

汽车车门焊接工装夹具设计

一、引言

随着经济社会的发展，汽车已经进入千家万户，汽车车身是汽车中重要组成部分，其重量和制造成本占了整车的40%~60%，而车门又是汽车车身中一个重要的部件，它起着密封、承载等作用。一个车门总成，必须达到以下要求：（1）有一定的刚度：因为其承载了大量功能件，如玻璃，车门锁，门内饰板等，若刚度不足会造成车门下沉现象；（2）有一定的强度，当汽车承受侧面冲击时，车门时一个重要的承载部件，不过车门强度不够必然会影响汽车的安全性；（3）制造精度，它直接影响车门的装配，如果车门匹配尺寸精度低，将造成漏水、漏风等气密性差的现象。由于汽车车门制造涉及冲压覆盖件，铰链、夹具设计、包边工艺及点焊和弧焊工艺等，加之其精度调试复杂，所以车门的焊接质量是衡量一个企业白车身制造水平的重要标志。

一个车门的制造过程为：冲压，凸焊，点焊，弧焊，包边等，而点焊又是其中的重中之重。为了达到以上强度，刚度及精度方面的要求，在点焊过程中使用一副可靠的焊接夹具是极其重要的。在焊接生产过程中，焊接所需要的工时较少，而约占全部加工工时2/3以上的时间都是用于备料、装配及其他辅助工作。因此，必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。

焊接工装夹具的主要作用如下：

（1）准确、可靠的定位和夹紧，减小制品的尺寸偏差，提高零件精度和可换性。

（2）有效地防止焊接变形。

（3）使工件出于最佳施焊部位，焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。

（4）扩大先进的工艺方法的使用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。

车门焊接夹具的优劣在决定着车门质量。为此，此次装焊夹具的设计必须达到以下要求：

（1）保证焊件焊后几何形状和尺寸精度符合图纸和技术要求；

（2）使用时安全可靠，凡是受力的各种器件，都应有足够的强度和刚度；

（3）便于施工和操作，定位、夹紧和松开应省力而迅速，夹具应使装配和焊接过程简化，操作顺序合理；

（4）容易制造和便于维修；零部件应尽量标准化、通用化，易于加工制作；易磨损件要便于更换；

（5）降低夹具制造成本，尽量使用标准件。

此次所焊接的车门为VOLVO S80 左前门部件，设计了其中点焊的第一道工序的夹具，选用的焊接设备为悬挂式电焊机，选用的焊钳为X型焊钳。

本次设计所全程使用CAD技术，3D图利用CATIA软件绘制，2D图利用AutoCAD软件绘制。设计的过程中参考了一些点焊工艺方面的书籍，也参考了诸多焊接工装方面的书籍，采用了一些知名企业的焊接工装标准，借鉴了现有的车门装焊夹具。以上种种都让我收益颇多。

二，焊接要求及焊点信息

左前门总成的组件有27个，其BOM表如下：

表1，VOLVO左前门BOM表

本次点焊是在冲压件进行螺母凸焊后的第一道工序，这道工序的焊接件有4个即30649182前门内板，30799618窗框加强件(左)，30649202前门铰链加强件(左)，30649186,皮带内侧加强件（左）。本工序的装配图及其组件见图1.1 本工序共含69个焊点，焊点分布见图1.1。

图1，本工序组件及装配图焊点分布图

车门焊接采用悬挂式电焊机进行打点。最小焊核直径为4.5mm ，焊点位置度公差为Φ10，焊接后焊点不得出现漏焊，虚焊，焊点扭曲变形等缺陷。

三、焊接夹具设计方案的确定。

1，夹具高度。

考虑到本地人的平均身高，将夹具的夹紧时的高度定为1000mm ，为方

便取件并考虑到夹紧机构力臂受力足够，夹具打开的最高的高度为1xxxmm 。 2，摆放方案。

车身坐标，车身的坐标系统如图2所示。

车的前后方向为x 方向，车的宽度方向为y 方向，垂直于地面的方向为z 方向。垂直零线在前壁板前方距离车体2000mm 处的平面上，水平零线位于轮胎下方距离车架顶部500mm 处，车体中心线为y=0的平面，左边为负，右边为正。

考虑到车门整体呈扁平状，并且为方便焊接操作，将零件的摆放方式定为车门按车身坐标来摆放，即ZX 方向与地面平行，y 向为BASE 板的法线方向。

3，BASE 方案。

BASE 是夹具的基本件，它要把夹具的各种元件、机构装置连接成一个整体。夹具BASE 的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件外形铰链加强件 窗框加强件

皮带内侧加强件

（窗框加强件与前门内板间）

前门内板

焊点

轮廓尺寸及加工条件等。设计夹具BASE时应满足以下要求：

（1）足够的强度和刚度；

（2）结构简单、轻便。在保证强度和刚度的前提下结构尽可能简单紧凑。

（3）安装稳定可靠。

（4）结构的工艺性好，便于制造、装配和检验。

（5）尺寸稳定且具备一定精度。

（6）清理方便。

由于夹具底板要承受相当重的重量，综合考虑结构合理性、工艺性、经济性，标准化等，为保证夹具的刚度和强度，夹具的BASE板采用厚度为20mm 的Q235板材或者Q255板材，板材下面用槽钢支撑，槽钢选用热轧普通槽钢，代号为GB/T707 14b。槽钢在两个垂直方向呈网状搭接，槽钢与BASE板通过焊接连接，焊后经过退火处理以消除焊接应力。BASE板的平面度0.10。在槽钢靠近地面的底部焊接5个支脚底座。详见附图xx。

BASE支撑采用支脚支撑，支脚通过螺栓与BASE板上的支脚底座进行连接。BASE外形需将板件包含在内，BASE板外形与车门整体外形相一致。详见图xx。

4，定位方案，（孔，面定位）

定位的作用是要使工件在家具中具有准确和确定不变的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。

（1）工件的定位原理

自由物体在空间直角坐标系中有6个自由度，即沿OX，OY，OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具中有确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可以采用不完全定位的方法。在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支撑点限制一个自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度。但是在大的钣金件中，为了保证焊接不变形和保护工件不受外力压垮，常常需要多设置若干定位加紧。

以下说明钣金件的典型定位方式。

一个钣金件由一个主定位孔和一个副定位孔及三个定位面进行定位。定位原理如下图所示。H为主定位孔，呈圆形（circular hole）；h为副定位孔，为了防止与主定位孔配合时出现过定位，其形状呈腰形（regular slot），S为定位面。H中插入主定位销（principle locator）以限制x，y向平动自由度，在h中插入销配合H中的销可以限制绕z轴的转动自由度，3个S面相当于三个点，限制板件Z向的移动及绕x轴和y轴的转动，所以综上S面限制板件三个自由度，H限制板件两个自由度，h限制一个自由度。由此，板件得以完好定位。