汽車頂蓋螺柱焊定位工裝研究

陳長

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

汽車頂蓋螺柱焊定位工裝研究

陳長

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

汽車頂蓋螺柱的定位由于頂蓋翻邊一般都是弧形，螺柱定位面往往不會(huì)與汽車坐標(biāo)平行，為保證螺柱焊的精確位置，螺柱工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于普通的白車身定位工裝設(shè)計(jì)。本文針對(duì)頂蓋螺柱焊的生產(chǎn)特點(diǎn)，結(jié)合我公司現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝規(guī)劃和布局，就目前已開發(fā)使用的幾種螺柱焊定位工裝進(jìn)行了簡要闡述，為汽車白車身頂蓋螺柱焊定位工裝的設(shè)計(jì)研究和應(yīng)用提供參考。

螺柱焊；頂蓋；白車身；定位工裝

1螺柱焊簡介

螺柱焊是將螺柱一端與板件（或管件）表面接觸，通電引弧，待接觸面熔化后，給螺柱一定壓力完成焊接的方法。目前汽車車身生產(chǎn)線的很多區(qū)域都用到螺柱焊，相對(duì)于其他區(qū)域，頂蓋螺柱的定位由于頂蓋翻邊一般都是弧形，螺柱定位面往往不會(huì)與汽車坐標(biāo)平行，頂蓋螺柱的定位要求相對(duì)較高，工裝設(shè)計(jì)需要保證螺柱的精確位置。

頂蓋螺柱焊一般采用的是T型銷釘式螺柱焊接，頂蓋T型銷釘主要目的是滿足頂蓋裝飾條的固定，一般在車頂槽內(nèi)從前到后均勻焊接6～8個(gè)T型銷釘，卡扣插入T型銷釘上，車頂飾條通過卡扣卡接。車頂飾條是重要的外飾零件系統(tǒng)，該零件一般位于車頂兩側(cè)的車頂槽內(nèi)。車頂飾條可以起到裝飾作用，用于遮擋車身側(cè)圍與頂蓋鈑金連接產(chǎn)生的焊縫，美化車頂兩側(cè)區(qū)域；若車頂飾條貫穿整個(gè)側(cè)圍，還可以遮擋前后擋風(fēng)玻璃與車身側(cè)圍安裝產(chǎn)生的間隙，美化車身A，D柱兩側(cè)區(qū)域。車頂飾條的整體設(shè)計(jì)與整車相互協(xié)調(diào)，體現(xiàn)了整車和諧的視覺效果，在整車水管理中，還可以導(dǎo)流車頂?shù)挠晁?，起到?dǎo)流作用[1]，具體安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝飾條與銷釘安裝固定方式

頂蓋飾條采用T型銷釘卡接安裝是目前主流車型常用的方式，銷釘采用的螺柱焊相對(duì)其他焊接效率高，可焊接銷釘10～35個(gè)/min.同時(shí)銷釘也是通過多工位冷鐓機(jī)大批量鐓鍛成型，生產(chǎn)效率也高。由于使用同一規(guī)格的銷釘，在相同尺寸和形狀的結(jié)構(gòu)件上進(jìn)行焊接，焊接電流、電壓及時(shí)間等焊接工藝參數(shù)也始終相同，且又適用同一臺(tái)螺柱焊機(jī)和焊槍焊接，螺柱焊具有高質(zhì)量、低廢品率及低返修率等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)銷釘卡接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在一定程度上避免了飾條安裝不牢靠和頂蓋漏水的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

螺柱焊接主要有儲(chǔ)能式和拉弧式2種。儲(chǔ)能式焊接是將銷釘與基體（頂蓋外板）表面接觸，在銷釘與基體之間通電引燃電弧，待銷釘端部金屬與基體表面加熱到合適的溫度，并熔化形成一定的熔池后，給銷釘施加一定壓力推入焊接熔池并冷卻，以形成焊接接頭的方法[3]。其熔深小，主要用于薄板焊接，銷釘?shù)暮附蛹床捎脙?chǔ)能式螺柱焊接（以下簡稱螺柱焊），圖2是銷釘?shù)暮附舆^程示意圖。

圖2 銷釘焊接過程示意圖

螺柱焊機(jī)按照操作自動(dòng)化程度分為幾種：手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)。手動(dòng)螺柱焊機(jī)即為人工給釘，給螺柱焊槍上塞一個(gè)釘子，進(jìn)行一次螺柱焊作業(yè)，效率較低，一般用于螺柱較少或節(jié)拍較低的工位；半自動(dòng)螺柱焊機(jī)采用自動(dòng)送釘裝置，能大大提高生產(chǎn)效率，在節(jié)拍要求較高、單件螺柱數(shù)量較多的工位采用；全自動(dòng)是指采用機(jī)器人或?qū)C(jī)進(jìn)行螺柱焊接，一般應(yīng)用在節(jié)拍要求相當(dāng)高或焊接位置人工不易到達(dá)的工位[4]。

下面就公司已有的兩種螺柱焊定位工裝作簡要介紹。

2螺柱焊定位工裝

2.1 帶氣缸的三向可調(diào)螺柱焊導(dǎo)向定位工裝

如圖3所示，螺柱導(dǎo)向套通過三個(gè)L板（配三向可調(diào)的調(diào)整墊片）和連接板相連，連接板連接在推動(dòng)氣缸上，通過氣缸的推動(dòng)來避讓導(dǎo)向套和頂蓋零件上升下降時(shí)的干涉。螺柱支撐塊是固定的，起焊接螺柱時(shí)的底部支撐作用。

圖3 三向可調(diào)螺柱焊導(dǎo)向工裝

在對(duì)導(dǎo)向套進(jìn)行三坐標(biāo)測量后，便可通過三向可調(diào)的墊片來保證螺柱位置的準(zhǔn)確性，此結(jié)構(gòu)位置準(zhǔn)確且員工操作方便，焊接螺柱時(shí)員工把半自動(dòng)焊槍插入導(dǎo)向套即可快速完成螺柱焊接。

由于這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，定位精確，目前廠內(nèi)大部分車型的頂蓋螺柱焊都采用此工裝定位。整體布局如圖4所示，頂蓋流水槽上單側(cè)需焊接7顆T型釘，一個(gè)氣缸可以同時(shí)帶動(dòng)兩套螺柱焊導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。

圖4 三向可調(diào)螺柱焊工裝整體布局

如果將這種三向可調(diào)的螺柱焊工裝在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上簡化一些，并盡可能集成導(dǎo)向氣缸，可以實(shí)現(xiàn)兩種不同車型的螺柱焊生產(chǎn)柔性，如圖5所示。

圖5 不同車型頂蓋柔性螺柱焊

圖中兩車型的頂蓋后部共有3個(gè)螺柱焊點(diǎn)，車型1有兩個(gè)，車型2上有1個(gè)，在中間位置。焊接車型1的頂蓋螺柱時(shí)，氣缸1和氣缸3收縮，螺柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)1和3處于工作狀態(tài)，氣缸2是收縮的，螺柱支撐塊縮回，與車型1避讓。焊接完成后，氣缸1和3打開，三套螺柱導(dǎo)向套隨氣缸一起滑出，避讓車型1頂蓋舉升，完成焊接。

焊接車型2的頂蓋螺柱時(shí)，氣缸1和3收縮，螺柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)2處于工作狀態(tài)，從圖中可以看出，另兩套導(dǎo)向機(jī)構(gòu)也收縮，但不會(huì)與車型2發(fā)生干涉。氣缸2打開，支撐塊升起，頂住此位置的螺柱焊接。焊接完成后，氣缸2收縮，氣缸1和3打開，車型2頂蓋舉升，完成焊接。

2.2 簡易可拆卸螺柱焊定位工裝

三向可調(diào)的螺柱焊導(dǎo)向工裝由于氣缸和L板的存在，導(dǎo)致其對(duì)安裝空間有一定的要求，

當(dāng)產(chǎn)品的頂蓋零件尺寸較小，同時(shí)又要柔性生產(chǎn)不同頂蓋時(shí)會(huì)對(duì)安裝空間有一定要求，這時(shí)螺柱焊定位工裝需要設(shè)計(jì)成類似調(diào)整線上的安裝工具，當(dāng)進(jìn)行頂蓋切換造車時(shí)可拆卸，如圖6所示。

整套定位工裝是可拆卸的，為了保證螺柱焊的位置，工裝通過一個(gè)定位銷和Y向限位面保證定位精度，同時(shí)為避免焊接時(shí)工裝的晃動(dòng)，在Z向有壓緊面。整體布局如圖7所示，某車型的高配車頂蓋在流水槽位置有三個(gè)支架，無T型銷釘。對(duì)應(yīng)低配車頂蓋無支架，但有銷釘。要實(shí)現(xiàn)高配車和低配車頂蓋在同一拼臺(tái)生產(chǎn)，當(dāng)焊接低配車頂蓋的螺柱時(shí)，帶氣缸的手動(dòng)翻轉(zhuǎn)銷處于打開狀態(tài)，將螺柱焊工裝手動(dòng)放進(jìn)定位銷里，并通過兩端的Y向限位保持工裝的穩(wěn)定性。然后將頂蓋定位工裝關(guān)夾，壓頭壓住螺柱焊工裝，保證焊接時(shí)不晃動(dòng)。螺柱焊接完成后，打開壓頭。當(dāng)切換到高配車時(shí)則手動(dòng)取出螺柱焊工裝即可。

3結(jié)束語

隨著汽車車身柔性化生產(chǎn)要求的不斷提高，汽車頂蓋螺柱焊的柔性化生產(chǎn)也會(huì)越來越高，當(dāng)普通的定位工裝無法滿足大柔性化生產(chǎn)時(shí)，可以通過機(jī)器人來同時(shí)實(shí)現(xiàn)頂蓋螺柱焊的定位和焊接，但相應(yīng)的成本也會(huì)很高。上面介紹的兩種螺柱焊定位工裝結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，在特定的條件下也能滿足不同車型頂蓋的柔性生產(chǎn)，為后續(xù)汽車頂蓋螺柱焊定位工裝的研究、應(yīng)用提供參考和借鑒。

[1]日本自動(dòng)車技術(shù)會(huì).汽車工程手冊(cè)3：造型與車身設(shè)計(jì)篇[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010：78-80.

[2]鐘能財(cái)，韋超忠，韋斌泉.頂蓋飾條安裝銷釘?shù)脑O(shè)計(jì)與焊接工藝[J].汽車工程師，2014（09）：44-46.

[3]曾樂.現(xiàn)代焊接技術(shù)手冊(cè)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1993：40-58.

[4]姜亞非，張銳，黃文淑.淺談汽車車身焊接車間的工藝生產(chǎn)設(shè)備[J].工程技術(shù)，2010（21）：30-31.

Study on the Positioning Fixture for Automobile Roof Stud Welding

CHEN Zhang
（SAIC—GM—Wuling Automobile Co．，Ltd．，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Vehicle roof’s stud welding is often different with other ordinary BIW location jig because the locate faces are often arc shape and not parallel to vehicle coordinate.The design of jig is needed to ensure the stud exact location.Base on the roof’s stud welding feature and different process project and layout in the body shop，the paper will introduce several kinds of roof’s stud welding location jigs briefly.It provides references for design and use of the roof’s stud welding location jig in vehicle BIW.

stud welding；automatic welding；BIW；location jig

U466

B

1672-545X（2016）12-0107-03

2016-09-30

陳長（1979-），男，湖南衡山人，碩士研究生，車身工裝主任工程師，研究方向：車身焊裝線工裝夾具的設(shè)計(jì)開發(fā)。