李聪 姜峰 安南 张博

摘 要：为节约成本，减少专用焊装夹具的数量与工作人员的数量，同时又不影响汽车焊装质量，本文对汽车冲压覆盖件及焊装夹具进行分析，提出采用“可供定位区域的选择”与“N-2-1”定位方式相结合的新型定位方法。该方法打破了以往根据经验定位夹点的局限性，使夹点的定位更加方便准确，进而发挥夹具的最大利用率。

关键词：汽车冲压件；焊装夹具；夹持点；定位方式

中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）17-0103-03

Research on the New Positioning Mode of Auto-body

Panels Holding Point in Auto-body Panels

LI Cong JIANG Feng AN Nan ZHANG Bo

Abstract： In order to save cost， reduce the number of special welding fixtures and the number of staff， and at the same time， it does not affect the quality of automobile welding. In this paper， the automobile stamping parts and welding fixtures were analyzed， and a new positioning method was put forward by using "the selection of the available location area" and the "N-2-1" positioning mode. This method broke the limitations of past pinch points based on experience， made pinch location more convenient and accurate， and thus maximizing the utilization rate of fixture.

Keywords： automobile stamping parts；welding fixture；clamping point；positioning method

随着时代的高速发展，汽车也不断更新换代。众所周知，车身制造质量会影响整车的质量。汽车车身是一个复杂的壳体结构件，其是由数百种薄板冲压件经焊接、铆接和机械连接等方法组合而成的。其中，焊接是最主要的组合方式，且焊装夹具对汽车覆盖件的焊接制造最为重要。在车身焊接过程中，焊装夹具（见图1）是为保证焊件尺寸，提高装配效率及装配精度，防止焊接变形所采用的工艺装备。白车身的焊接生产制造成本约占汽车车身生产总成本的50%～60%，因此，汽车焊装过程中保障焊接质量和降低成本是当前焊装的首要任务。为此，本文提出白车身新型夹点定位方法，以解决焊接过程中的难题。该方法的关键在于：①焊接件可供定位区域的选取；②N-2-1定位点确定；③保证刚度和尺寸精度的要求。

1 主焊接件可供定位区域的选择

以汽车门板为例，介绍冲压件上可定位区域的选

择。首先，汽车门板焊装由车门内板、内板加强板及车门外板组成。因此，焊接该车门时，需要专用焊装夹具来定位并固定该车门板冲压件。该车门内板与内板加强板的焊装结构见图2。图中所示1、2、3部位为内板加强板零件，这三个位置的内板加强板与主焊接件的焊装均需要专用夹具来固定。根据经验可知，每两个小型冲压件的重合区域至少需要一个夹具单元来固定、定位，而对于大型冲压件与主焊接件焊接则需要3～4个专用夹具才能固定。非重合区域的定位夹持点根据焊装操作面积和N-2-1法则来确定。

当冲压件焊装时，在非重合区域所需的定位夹持点个数主要依据焊接操作区域大小来确定。而操作区域主要指焊枪的操作面积。若车门内板（主焊接件）可供焊接操作区域为A，内板加强板（附属焊接件）焊接操作区域为B1、B2、B3（见图3）。当内板加强板焊接操作区域B1∩B2∩B3=Φ时，则此时车门内板与车门内板加强板的焊接夹持点可选区域为[?u（B1∪B2∪B3）]。当主焊接件为1个时，附属焊接件为n个时，则定位点可供选择区域为[?u（B1∪B2∪…∪Bn）]。由此得出该焊接件定位点选择的区域，从[?u（B1∪B2∪…∪Bn）]的区域中选取可定位的夹持点，这样可使每个焊接层的冲压件都尽可能集中到同一个工位上，达到节省夹具的目的。

2 N-2-1定位点确定

一个刚体的平行移动和转动共有6个自由度。限制其6个自由度，刚体才能保持平衡。按照N-2-1规则，保持刚体平衡状态需要6个定位。基准面分别设定2个和1个定位点，以限制工件剛体的旋转与移动。由于加工载荷和工件自重所引起的变形主要集中在薄板件法线方向，因此，第一基准面上采用过定位的方式，以增强薄板件的刚性，限制和减少焊接加工中该方向上的变形[1]；而由于加工过程中所产生的力一般不会作用或者较少作用在第二、第三基准面上，2个和1个定位点一般可以避免薄板件的弯曲和翘曲。根据N-2-1原则不仅可以减少焊装夹具夹头的使用，还能有效减少冲压件焊接时的变形，增强冲压件的坚硬程度。N-2-1定位原则的操作流程见图4。

经过“可供定位区域的选择”与“N-2-1”定位方式相结合的新型定位方法，可以初步筛选出4～5组可供选择的夹持点，随后，对可供选择区域中的夹持点进行ANSYS有限元求解，根据行业规定的夹点力度、夹持时间与受力部位求解分析出其形变量，使用形变量最小、夹具单元较少的一组作为夹点的最优选择组。

图5是对车门内板加强板的仿真模拟受力形变分析，使用ANSYS软件精确模拟夹具在夹紧该冲压件时其受力等情况，根据求解分析，求出形变量，根据形变量来分析这种夹紧方式是否合适。经ANSYS软件分析，使用“模拟匹配冲压件再定位夹点”与“N-2-1”综合定位之后的夹点夹持，该冲压件产生的形变量低于普通夹具夹持产生的形变量。

3 汽车冲压件焊装刚度与尺寸精度

3.1 汽车的刚度要求

汽车的安全性同样是汽车重要的因素，因此，通过该方法得出的夹具生产出的汽车白车身是否满足汽车的刚度要求也是该定位方式考量的重要指标之一。通过分析车身结构发现，车身本身存在着某些零件之间的先后焊装顺序，这些关系随着車身结构设计而产生，如图6所示的汽车焊接主要有以下3类焊接层次：（外板→外板加强板）→（内板→内板加强板）→内外板焊接。

该焊接顺序求解的实质是，对车身结构设计内在的、隐含的装焊优先关系进行分析。在保证汽车冲压件质量的情况下，一般遵循该几何逻辑可行的焊装顺序[2]，即可满足车身的刚度要求。而笔者提出的焊点选择与焊装顺序优化满足该几何逻辑可行焊装顺序。而这说明该定位方案满足汽车的刚度要求。

3.2 汽车焊接件精度要求

对于汽车焊装的精度要求，主要从2个方面进行考虑，即冲压件存在误差和焊装系统存在误差。其中，冲压件存在的误差一般无法掌控，只能从焊装系统着手考虑[3-5]。在焊装时，零件的变形是弹性范围内的小变形，在简单估计部件误差时，通常认为各种误差的影响权重均衡。焊接后，部件的回弹量是由焊前刚度矩阵、焊后刚度矩阵和焊前冲压件误差3者共同决定的。在车身焊装过程中，刚度矩阵是一个不断变化的过程，因此焊装过程中结构件的尺寸精度也是不断变化的。由此可以得出，科学地设计装焊顺序可以使车身制造精度得到有效保证。

根据图7中焊接层次对车的刚度与尺寸精度的影响，笔者得出，车身的刚度与尺寸精度在焊接顺序中只与焊接层次有关，与分层次的焊接顺序无关。又因为“可供定位区域的选择”与“N-2-1”定位方式相结合的新型定位方法不改变焊接层次[6]，因此，可得出笔者提出的方案对车身的刚度与尺寸精度无影响。

4 结语

汽车在进行车身焊装时，夹点的定位方式若变为“先选择可供定位的区域再进行夹点的选取”，可以大大加强定位的准确性，减少了焊装专用夹具夹头的生产数量，节约了工位焊装时间，又保证了车身的刚度与尺寸精度，而后进行的工步顺序操作，更是将夹具作用发挥得淋漓尽致。以本文论述的操作方式进行焊接，可以大大减少专用夹具的数量，对研究组进行夹具重组快装的研究具有重要意义，对汽车的发展也是一大助力。

参考文献：

[1]阮裕铭，刘雨翔.一种薄板件焊装夹具定位点布局的优化方法[J].重型汽车，2009（3）：22-24.

[2]陈猛，郭钢，徐宗俊.汽车车身装焊顺序规划研究[J].机械，2001（6）：1-3.

[3]邓仕珍，范淼海.汽车车身制造工艺学[M].北京：北京理工大学出版社，1997.

[4]张钹，张铃.求解机械装配规划的新方法[J].计算机学报，1991（8）：561-569.

[5]姜华，周济.机械设计过程与装配建模[J].机械设计，1996（8）：21-24.

[6]郭三爱.不同焊接顺序的汽车用S355J2G3钢工字梁焊接结构变形和残余应力的有限元预测[J].热加工工艺，2013（9）：192-195.