新材料与工艺手册

[自冲铆接SPR] 柔性、高效的白车身焊接夹具

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发表于 2015-8-3 05:40:05 | 显示全部楼层 |阅读模式

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柔性、高效的白车身焊接夹具

柔性、高效的白车身焊接夹具

        图1  通用标准部件不需要重复设计

        作为白车身制造的重要手段,焊接夹具正向着3D设计广泛、标准化部件比重加大、与设备相融合、不断使用新材料和柔性化等方向发展。
        随着市场竞争的愈加激烈和市场多样化需求的日益增强,人们要求汽车在性能、安全性、舒适性及外观上都要适应不同用户的需求。同时,汽车制造商及其供应商对市场的快速反应能力,也日益显得更重要。这些都要求汽车制造商及其供应伙伴要具有低成本、高速度等战略理念。这个理念也同样适用于白车身焊接夹具设计制造领域。
        基于以上市场及客户要求,焊接夹具作为白车身制造的重要手段,对市场的适应性也显得越来越重要,要求其具备低成本制造、柔性、快速设计、快速加工和降低设计制造风险等优点。
       

柔性、高效的白车身焊接夹具

柔性、高效的白车身焊接夹具

        图2  2D方法和3D方法

        3D设计更为广泛
        随着计算机软硬件技术的日益完善,焊接夹具的3D设计也成为主流。这是因为3D设计有着诸多好处。
       

柔性、高效的白车身焊接夹具

柔性、高效的白车身焊接夹具

        图3  3D模型便于数控加工的编程、加工

        1.便于模型标准化管理、设计
        3D设计的数据更便于管理,尤其是标准结构和零部件的数据库积累、管理和应用显得更为方便。这是因为现在已经具有了良好的3D运用环境,如CATIA、Pro/E和NX等都可以很好地使用这些数据。可以想象,有些通用标准部件不需要重复设计(见图1),只需要选用合适的系列就可以了,节省了大量时间。同样道理,制造起来更方便,甚至有的可以由其他供应商来专业制造供货,从而降低成本。
       

柔性、高效的白车身焊接夹具

柔性、高效的白车身焊接夹具

        图4  3D模拟

        2.空间结构的相互关系更明朗
        由于3D技术最大的优势在于空间的直观性(见图2),符合人的视觉习惯,这样就更好地适应了人的认识夹具空间结构的需要,可以更快速识图,了解产品结构,并且可以将产品、设备等相关部分放在一个环境里进行设计,这样便于分析结构,分析产品的断面、搭接关系及装配顺序,确定加紧点及夹具结构,提高了设计效率、准确性和有效性。而且这样的环境可以直观地展现方案的意图,所以也便于团队的协作,加速了项目的完成。
        3.更便于数控加工的编程、加工
        由于是数据3D模型,这样更便于计算机环境下的机械加工工艺分析、工艺编制和数控加工程序的编制(见图3)。
       

柔性、高效的白车身焊接夹具

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        图5  机器人的抓拿夹具

        4.给3D模拟打下良好基础
        由于3D模型的建立,人们可以很好地在3D环境下组装夹具,并且可以将夹具、焊钳、设备、工件和人员放到3D环境中,再给予设备、夹具和人员的运动学特性,便可以研究它们的相互位置关系(见图4),以便检查静动态的结构合理性和运动轨迹的合理性,从而优化整个设计的综合合理性,降低由于空间想象力不足带来的设计风险,降低了返工风险,从另一方面提高了项目节点的保证度。
        标准化部件比重加大
        随着社会分工的进一步细化,夹具制造商或者说焊装线制造商的标准化工作也越来越细化,他们的设计力量已经占到员工总数的1/3或1/2,更加说明了企业重心的转变,由专业全而大向专而精的企业结构发展,其中的一个特点就是部件的标准化更加细腻,分供商网络协作更加发达,从而可以以更加经济的形式参与更大的项目,以成本和速度在市场上取胜。
       

柔性、高效的白车身焊接夹具

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        图6  辅助机械手

        标准件的采用,减少了设计重复工作量,更便于分供应商的提前准备,从而对加速整个项目的周期大有裨益。可以说,现在从夹具的底版、支架、气缸、支座、夹子、连接件、定位销子甚至定位的型板等都可以部分进行标准化处理。一套夹具标准化部件一般可达50%左右,大大降低了夹具成本,专业厂可以大批量生产标准部件。
        与设备相融合
        夹具由于其作用的特殊性,所以总是和产品与设备有着密切关系。随着自动化率的提高,夹具与设备的界限越来越不明显,比如:机器人的抓拿夹具(见图5),它具有定位的功能,同时也具有抓件的作用。一些设备上的辅助机械手(见图6),是设备的一部分,但是又具有夹具作用。一些夹具上带有自动焊机,夹具和设备采用一个基体(见图7),有的则运输设备与夹具共用一个基础。
       

柔性、高效的白车身焊接夹具

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        图7  夹具和设备采用一个基体

        新材料不断涌现
        技术在进步,夹具也不例外。新材料不断涌现,那么困扰着夹具的几个问题也要得到解决。
       

柔性、高效的白车身焊接夹具

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        图8  夹具新材料

        焊接电流分流一直困扰着白车身工程技术人员,新的材料研制出来了:PPS,一种树脂。该材料轻、绝缘并且防锈,可以注塑成型,成本低,机械性能可以满足要求,易于加工。另外,像铝合金、碳素纤维和陶瓷等材料也不断用于夹具(见图8)。
        柔性化结构倍受欢迎
        由于市场多样性的需求,夹具的柔性化结构就更受欢迎。这样可以生产出多品种的车型,同时又可降低成本。几种柔性结构的形式包括直线结构、回转结构和内置式。
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