车门前围内板夹具设计大学论文.docx
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车门前围内板夹具设计大学论文
毕业论文
题目名称:
车门前围内板夹具设计
学生姓名:
学号:
二级学院(系)/专业:
机电一体化
班级:
机电1331
指导教师:
2016年5月28日
摘要
焊装工艺是依维柯制造三大工艺之一,在依维柯的焊装车间,主要生产车身,其中,焊装夹具起到至关重要的地位,它的精密的制造影响这汽车的生产品质和汽车的生产速度。
在依维柯的二车身厂,每个工位都有一到两个夹具,夹具设备影响着生产。
就拿车门工位举例,车门质量影响整车的制造。
所以想要合格的车门,必须用合格的夹具。
本课题主要讲述了车身焊装技术,车门内板焊装设备。
然后围绕车门前围10工位进行夹具设计,根据车门设计要求,进行防撞杆,车门内板和门窗加强板设计。
依照车门内板工艺,进行夹具基板,安装板,连接板,定位元件,夹紧机构,旋转机构,正确选配气缸,L型板和定位销的总体设计。
最后进行压转臂张开角和气缸夹紧力的计算。
关键词:
车门内板夹具设计夹紧机构
Abstract
TheweldingprocessisIvecomanufacturingtechnologyintheweldingworkshopofIveco,mainlytheproductionofcarbody,wherein,theweldingfixturetocriticalposition,itsprecisionmanufacturingofthecarproductionqualityandcarproductionspeed.
InYiWeike'stwobodyfactory,eachstationhasonetotwofixtures,theclampequipmentaffectstheproduction.Taketheexampleofthedoorstation,thequalityofthecar,theimpactofvehiclemanufacturing.Soyouwanttopassthedoor,youmustuseaqualifiedfixture.
Thispapermainlydescribestheweldingtechnology,weldingequipmentinsidethedoorplate.Thenaroundthedoorofthe10stationtocarryoutthefixturedesign,accordingtothedesignrequirementsofthedoor,tocarryoutthebumper,doorinnerplateanddoorsandwindowstostrengthentheboarddesign.Inaccordancewiththeinnerdoorpanelprocess,thesubstrateholder,mountingplate,connectingplate,positioningelement,clampingmechanism,rotatingmechanism,acylinderforcorrectselection,lplateandapositioningpinoftheoveralldesign.Finally,thecalculationoftheopeningangleandtheclampingforceofthecylinderiscarriedout.
Keywords:
Doorinner;plateclampdesign;clampingmechanism
1绪论
随着人民生活水平的提高,汽车需求也不断增加,汽车制造业也在不断发展,其中焊装技术水平也在不断提高,在依维柯的实习过程中,发现夹具存在一定的缺陷,所以确定本课题进行研究。
1.1汽车焊装夹具市场分析
市场有很多焊装夹具,依维柯二车身从有零件组,车门组,铆接组,驾驶室地板组,大地班组,TD侧壁组,PD侧壁组,总焊组等不同班组,每个班组都有大量夹具,有小型的,分总成,总成焊装夹具。
还有根据是否旋转有固定的夹具,还有可旋转夹具方面操作工加工。
根据行业分析,汽车制造业是撑着国民经济,在我国的经济中起到至关重要的地位,汽车制造业能够带动很多附属公司的发展,是国家是否发达的标志之一。
随着汽车技术也不断的发展,更新换代速度也特别快,所以和电脑产品的摩尔定律一样,汽车的更新速度也越来越快。
所以增加新产品的焊装夹具也至关重要,在汽车制造业中,焊装夹具多,在依维柯二车身焊装车间,最多的就是焊装夹具和焊机,这是整个流水制造线的基础,2013年的时候,我国汽车焊装夹具的经济效益已经达到23%,增长了有17%。
一些材料经过冲压车间的冲压工序然后到焊装车间通过焊装夹具固定夹紧,用焊钳装配成车身。
目前依维柯是引用意大利的技术和设备,国内设备还没有达到这种要求,由于一直引用,国内技术没有提高,所以提高我国的技术水平以及工艺标准十分重要。
我们需要努力学习技术,争取早日全部换上我们自己的焊装夹具。
图1-1近年来市场规模统计图
1.2国内外汽车焊装夹具的成长
相比较比较发达的汽车制造国家,我国的汽车制造水平相比较而言还是有一定差距的,就车身制造来说,日本最强,然后,美国,德国。
我们需要努力研究。
就探讨产品的精度来说,外国工程师设计的时候,就是择最优的定位点而后确认它的最合适的部位,来确保工件可以夹紧,便于正当点焊。
但是还有很多实际的问题,比如焊点的偏移,零件的磨损,夹具手爪的松动等,以这些作为新的东西来进入更深一层的研讨。
焊装夹具在设计的时候,分为软件部分和硬件部分,软件部分指的是说明书,图纸,调试安装图等系统概述;硬件部分指夹具本身,包括夹具臂,气缸,基板,定位装置,气动装置和一些基础的硬件部位在汽车焊装车间的流水线上,需要焊接操作的任务约32%~45%,其它的作用是辅助功能和紧固功能,约65%~75%。
从小处看,一个车的制造水平是由焊装夹具代表,在目前的生产中,夹具是基础。
由于车型的日益更新,我们需要更新夹具的创造周期。
夹具至关重要。
所以我们需要努力学习技术,争取早日达到国外的水准。
1.3本课题目的及意义
在汽车生产的过程中,焊装是非常重要的一部分,本人在依维柯二车身焊装车间实习的过程中,了解了汽车焊接工艺与汽车焊接流程,在整个焊接过程中,由于车子部件是通过夹具固定起来,然后通过紧固装置夹紧,然后用焊钳电焊和CO2焊,所以夹具很重要,是进行焊接的基础。
所以,焊接的时候,正当的布置流水线,便于缩减工时,减少非增值,增加经济效益。
生产的时候有时有不同的车型,在这个过程中,正当的共用夹具,利于提高生产效率。
二车身焊装夹具是车零件在冲压车间经过冲压工艺生产出来到焊装车间进行焊装加工,是影响车身品质的重要步骤。
正当的夹具设计是保障焊接品质,增强劳动效率,均衡生产工时,降低工人的工作强度,减少车身制造的物料金钱和制造精度的基本要求。
汽车焊装夹具的正当能够保障和提高依维柯车的产品品质,提高生产效率,提高焊装车间的自动化水平。
1.4本课题设计要求和内容
根据依维柯车门设计流程,主要设计车门内板焊装夹具,要求夹具产品要能使车门的质量达标,并且能够形成流水线生产。
设计内容如下:
(1)车身焊装技术
(2)焊装设备的选型
(3)夹具的总体设计
(4)夹具主要零件的设计
(5)压转臂旋转角和气缸夹紧力计算
(6)CAD图纸绘制
如图1-2所示,为依维柯焊装车间车门前围10工位夹具三维示意图。
图1-2车门前围10夹具三维示意图
2汽车车身焊装技术
2.1白车身的概念
白车身是在焊装车间完成的整车,没有经过后续工艺。
白车身应用最多的焊接方式就是点焊了,薄板经过冲压工艺之后来到焊装车间,然后通过点焊,经过一道道工序成为白车身年,一辆车通常有3100多焊点以上,车身一般都占车总重量的一半以上。
车身装配的多层次体系如图2-1所示,是机构一种体系,经过冲压的零件经过焊装车间的工艺,如依维柯生产过程中,首先零件组做零件总成,然后输送到车门组,侧壁组,大地板组,驾驶室地板组等,最后到总焊组。
但由于多次装配,所以会有偏差,主要偏差原因如下所举:
(1)冲压变形;
(2)夹具损坏或不紧固;(3)焊接损坏;(4)操作失误。
图2-1车身装配的多层次体系机构示意图
依维柯车子制造有冲压成形,焊接,涂装等多方面,这些都影响整个车的性能,这直接关系到市场,好的车感及舒适度才会让人去购买。
所以这些汽车的制造水平能够大方面体现国家的制造水平。
一个车身的开发周期长短决定了竞争力,所以需要不断创新改进。
这方面国外与国内有很大的差别。
2.2车身尺寸偏差因素
车身要经过多级装配,一直以来被称为最小柔韧性的装配。
因换车型,需重
新建模,达到车型的标准,不然会造出废车,那就需要浪费大量的人力以及物力。
如图2-2为车身尺寸偏差图。
图2-2影响车身尺寸偏差因素网状图
目前依维柯正在筹建新厂,虽然设备都已经安装到位,但是还是需要大量的调试,建模,首先要进行一个样车的生产,能够达到要求在开始小批量的生产,测试合格率,然后不断改进,提高合格率并解决各种故障,到最后才能进行大规模生产。
在这些阶段中,流水线小规模的生产主要目的是观测生产过程的的一些误差,偏差,以及生产故障,然后解决问题,减少生产的废品,然后才能大规模的生产。
生产过程中产生的偏差,主要来源于零件的偏差,焊接失误偏移,夹具的不稳定,操作工的失误,所以目前提出标准化作业,提高设备稳定以及操作工的操作标准,减少零件的偏差。
综上,车身产生的偏差主要来源于一开始测试阶段,以及生产过程中不定期的偏差。
前者应为设备不稳定,后者因为作业要求缺乏专业性,所以我们需要不断提高标准及时解决误差问题。
2.3车身夹具工艺流程
合理的车身设计能够赋予车更好的性能,比如车在前行时气流的引导,空气阻力,燃料的消耗,除此之外,车身还可以帮助车前行时的稳定,需要保证车内空气流通。
车身有许多部分,所以车身是车上一切设备安装基础,要保证车身的质量,焊装夹具至关重要,所以提高夹具的质量是关键,下图2-3为夹具工艺流程图。
图2-3焊装夹具工艺设计流程图
2.4焊接流程图
焊装车间现在都已经分布合理,就拿依维柯现场的布局来说,从左往右依次是铆接组,零件组,车门组,大地板组,驾驶室大地板组,侧壁组,总成组,总焊组。
按照这样的工序,一道道流水线下来,可以大量的节省时间,并且,各个储料区都合理摆放,方便各个班组之间的共同作业。
焊接流程图如图2-4。
图2-4焊接流程图
3车门内板焊接设备
3.1电阻焊的分类
电阻焊,是电极施加压力然后作用在工件组合上,在通电的瞬间会有强大的电流通过电缆线传输到焊接头,然后产生高温,使其融化变形成为新的工件,是压焊。
它的物理本质,是利用高温融化使其基本分子变化产生变形。
让材料本身的分子键分离然后在迅速冷却中迅速结合,形成新的金属键,使其融合在一起。
电阻焊有四种。
在依维柯焊装车间,大部分都是电阻焊,使用最多,目前车间里共有22台ABB机器人负责点焊,其他基本都是操作工焊接,如图3-1为电阻焊的分类图。
图3-1电阻焊分类示意图
点焊:
下图为电阻点焊接头形成。
点焊时按照下左图示意图摆放工件,在两个焊枪头之间,然后按下焊枪上的按钮,通过电缆有强电流通过,在那个瞬间会使工件表面融化变形,这个过程的融化核心叫做熔核。
然后产生新的金属键,开始结晶,这样两个工件就会牢靠的粘在一起。
起到了想要的效果。
形成了焊点,然后焊枪里有循环冷却水迅速冷却,使焊枪不会过热而损坏,然后开始下一个焊点。
1-变压器2-电极3-板件4-熔化核心
图3-2点焊原理图图3-3点焊过程图
(a)加压(b)通电
(c)断电(d)退压
图3-4点焊的焊接过程
缝焊:
缝焊原理和点焊本质基本一样,如图3-5为缝焊示意图。
缝焊时,焊枪头上有一个圆柱形的滚轮。
当它旋转时,和工件摩擦移动。
当滚轮连续转的时候,电流一断一开,每一次电流通过,就会有一个焊点,所以会间断的形成焊点,并且之间的距离可以通过设置调整。
在车身制造的时候很少用到缝焊。
凸焊:
需要的力比点焊要大,这个需要预先对工件处理,加工出一个或多个凸点,然后通过点焊加压的方法,其原理和点焊差不多。
但是这种方法增加了成本,而且会受到很多影响,比如工件的结构不方便等。
(a)缝焊(b)缝焊焊接循环
图3-5缝焊原理示意图
对焊:
对焊有两种,一种叫闪光对焊,另一种叫电阻对焊。
对焊主要用于材料增长例如导轨加长,还有闭合零件的拼口如轮圈等,对焊生产效率和自动化程度较高,所以获得广泛运用。
3.2电阻焊的优缺点
汽车制造的时候,电阻焊一般用在两个零件之间的组合还有就是零件组的零件准备材料供其它组来制造。
电阻焊的主要优点为:
(1)与熔焊比,熔焊是外部热源,而电阻焊相反,并且操作简单,受热点比较小,从而影响的范围小,可以获得优质性能。
(2)与铆接比,可以节省材料,增加材料的性能,减少金属的质量,这些对一些特殊用途的产品如飞机,跑车,船等非常重要。
(3)电阻焊可以速度快,在流水线上采用这种焊法,可以大大的减少生产时间,并且机械化程度高,大大的降低了劳动力。
所以在依维柯新车间的制造中,大大的增加了设备。
一般点焊时速度为60个点每分钟,快速点焊机可以选择600点每分钟。
这种方法比相对其它生产效率大大提高。
(4)相对于CO2焊来说,不需要防光面具,产生的危害相对较少,并且无噪音,环境较好,不会对人造成太大的伤害。
虽然电阻焊有以上优点,但是还是与一些缺陷:
(1)因生产时无法检测已经焊点的品质,所以不知道什么时候焊枪的焊头是否损坏,若损毁不会立即发觉,因焊枪头会经过高温,高电流,所以对其要求较高,一旦电流不稳定,焊枪头容易损坏。
所以我们没有方法检测是否完好,我们需要努力研发。
(2)因自动化水平高,所以需要大量采购设备,投资比较大,并且很多设备都是进口的,一旦损坏,需要专业人士修理,维护困难。
由于电压低(几伏)、电流大(这几十千安培),要求电源功率大(有的选100KVA以上)因而一般馈电网负荷困难。
(3)在焊接的时候,不是每一个工件都能加工,如果工件比较特殊,焊枪头伸不到,不能对其焊接,还是需要操作工手工焊。
所以电阻焊会受到一些焊接材料影响。
(4)点焊和缝焊很多需要其它接头,但是焊接的时候会受到其它力的作用,使其承受的力加大,会加大损坏,所以接头易磨损。
3.3点焊机
常用的点焊机有:
固定式点焊机、悬挂式点焊机。
固定式点焊机结构图及工作原理如图3-6和3-8所示,有一次和二次回路系统。
1-脚踏板开关2-电极冷却水管3-下机臂4-下电极5-上电极
2-6-上机臂7-加压气缸8-电磁气阀9-变压器10-机体11-接角器
图3-6点焊机构造
图3-7缝焊机结构示意图
1-开关2-电流调节3-次线圈4-变压器铁芯5-变压器6-二次线圈7-母线8-机臂9-夹持器10-电极11-工件
图3-8点焊机工作原理图
在车身制造的时候,零件组一般采用固定式点焊机,因为其零件小,只需要移动零件在点焊机上进行点焊就能完成。
而对于其它班组,因为车身比较大,焊点多且距离长,需要不断的移动焊钳位置,所以采用移动式点焊机。
移动式点焊机还分为以下三种形式的点焊机:
(a)手动式1-夹具2-手动焊枪3-工件(b)反作用式1-反作用焊枪2-挡板3-工件4-夹具(c)悬挂式1-焊钳2-工件3-平衡锤
(1)手动式:
手动式焊枪都是由操作工靠自己的力气对之施加压力,所以一般用与需要里较小的工件,或者固定焊点部件。
下图为手动式焊枪,人需要拿1部位,推动手柄,打开开关,然后根据程序接通和断开电。
这种方法需要花费力气,所以劳动强度比较大。
(2)反作用式:
反作用式如下图所示,有液压式和气动式两种。
其中气动式运用最多,因为它的生产效率高。
工作时,空气被压缩然后通过活塞进入气缸,然后产生推力让缸筒与夹具反作用板碰到,然后施加力,完成焊接。
液压和这原理一样,只是形式不同,一个是气,一个是液压。
1-手柄2-按钮开关3-本体4-弹簧5-连杆6-电极7-进水管8-接电电缆
图3-9手动式点焊枪
1-缸筒2-空心活塞杆3-档销4-弹簧5-垫块6-电极座7-管接头8-电极
图3.10反作用启动焊枪
(3)悬挂式点焊机。
这种共有两种,一种是变压器在上面,然后焊枪与之分开,之间通过粗电缆连接起来,如下图3-11.另一种是焊钳与变压器不分离,直接连接,称为无连接电缆.如图3-12.
有电缆式的由于电缆较长,所以损失的能量较大,所以在设计的时候,要考虑现场的布线情况,尽量减少功耗,减少电缆长度.而无电缆式损失功耗较小,所以比较节约能源,大概缩减70%
图3-11有电缆式点焊机图3-12无电缆式点焊机
3.4点焊钳的选择
点焊过程是指连接零件的每一个焊点形成的操作过程,它是融合了电、热、结构及相变的复杂过程,首先通过电缆的电流接上电,然后在焊枪的焊头形成高温,使工件融化变形,形成新的金属键,然后断电,释放电流,点焊结束,继续下一个焊点。
图3-13为依维柯车门10工位焊钳。
图3-13依维柯汽车厂焊钳
本设计选定焊钳型号QC20-420340D0F4见图3-14
Q——力源为压缩空气;
C——结构形式C型;
20——电极压力20N;
420——空间长420mm;
340——空间高340mm;
D——定钳体;
F——设有辅助行程(1~10)。
图3-14电焊钳
4夹具的总体设计
4.1焊接夹具的分类
焊装夹具有如下分类:
1.按夹具的功用及用途分
(1)装配定位的夹具是按照图纸和要求,把两个工件焊接固定,称为固定焊,但是不能完成所有的焊接。
(2)焊接夹具将已定位焊好的焊件放在这一类夹具上完成所有焊缝的焊接。
它的主要任务是防止焊接变形,并使处在各种位置的焊缝都尽可能地调整到最有利于施焊的位置。
对焊件重量大或采用自动焊进行焊接时常用焊接夹具,对采用手工时,除有特殊品质要求(如严格控制变形)外,一般不采用。
(3)装一焊接夹具在夹具上完成焊件的装配、定位焊以及所有焊缝的焊接。
它兼备有上述两种夹具的功能。
但有时往往因焊件结构复杂,夹具本身的开敞性差或焊接方法的可达性不好而无法焊完所有的焊缝,剩余焊缝,卸下夹具后进行补焊,汽车装一焊夹具大都属于此类。
(4)检验夹具对于采用一般测量手段无法进行尺寸测量的焊件,如汽车车身及其部件,采用样板或检验具来检测焊件的形状尺寸,起量规的作用。
(5)其他夹具除上述夹具之外还有矫正夹具、整修加工夹具和热处理夹具等
2.接夹具的工作范围分
(1)通用夹具俗称万能夹具又叫组合夹具.这类夹具的基本组成部分(定位,夹紧、支座等)采用了规格化或标准化的零件,无需调整或稍加调整就能适用于不同工件的装配或焊接工作。
这类夹具目前在汽车装一焊工艺中应用的不多。
(2)专用夹具只适用于某一工件或焊件的某一工序装配焊接,这种夹具在成批和大量生产的生产线上采用,由于汽车产量大,生产敢率要求高,采用分散装配原则,故多采用专用夹县。
3.接夹具本身构造分
(1)固定式夹具;
(2)移动式夫具;(3)悬挂式夹具等。
4.按夹紧动力来源分
(1)手动夹具靠人力推动夹紧机构来夹紧工件。
(2)气动夹具利用空气压缩产生能量,用气刚推动装置来夹紧.
4.1.1焊接夹具装配图设计
焊装车间车门前围10工位的车门内板夹具装配图如图4-1所示。
是进行车门内板固定的夹具。
图4-1车门前围10夹具装配示意图
4.1.2焊接夹具的设计要求
(1)首先结合产品,要保证其质量和精度要求。
所以,涉及的时候要确保能够夹紧工件,要能在高温或者受到大力冲击的时候其不变形。
设计的时候,要根据工件和现场布置,要确保操作方便,并且工件要能贴合完整,要完全敞开能够长时间使用。
保障产品达标,这是夹具设计的首要问题
(2)夹具结构应利于操作,方便焊枪点焊,具备开放性。
。
(3)设计时要确保工件与焊枪之间能够合理焊接,使焊枪头能够伸到想要的位置不受到阻挡。
(4)夹具必须确保足够的刚性需求,不易损坏,并且要质轻,并且与之相连的器具也要有组够的强度,能够承受工件与其它物件之间的力度。
并且要在这些前提下,保证夹具灵活。
(5)夹具的位置要确保工件能够迅速放入,迅速夹紧,减少非增值时间,夹具需要牢靠。
并且取出工件时,时间要短要方便,不能出现取不出来的情况,要做到速进速出的状态,这样才能保证流水线的速度。
(6)降低制造成本,因此要设计结构简单,利于维修,尽量采用标准件,这样利于更换废旧零件。
4.2焊接夹具设计流程图
如图4-2为设计流程。
图4-2夹具设计流程图
4.3定位夹紧元件的设计
轿车车门内板材料为St14,料厚1mm,零件形状复杂,高差较大,局部成形较多,板料的变形不是单纯的拉延成形,而是存在一定水平的胀形变形,是典型的汽车覆盖件。
经过分析,门内板有以下几个结构特点:
(1)车门四周有较深的周边形成较厚的侧板;
(2)内板总成上有冲压的各种形状的凸台、安装孔等,以安装车门附件机构;
(3)车门内板具有较大的刚度和强度,以保障车门附件安装的位置要求。
首先要明确的是一共焊接三个件,将门窗加强板和防装杆焊到车门上,定位方式为利用车门内板和门窗加强板、防撞杆自身的凸台和凹坑进行定位的。
车门内板组件图模型见图4-3,门窗加强板见图4-4,防撞杆见图4-5。
图4-3车门内板组件图模型
图4-4门窗加强板零件图
图4-5防撞杆零件图
4.4主要零件设计说明
完整的夹具包裹底板,旋转臂,夹紧单元。
根据操作方式分为,手动,气动和液压夹具。
根据控制可分类电和气控制。
4.4.1夹紧单元(POST)
如下图为一个典型夹紧单元组成名称。
图4-6夹紧单元组成名称
4.4.2L-型板
L-型板用于基板上,是一个连接装置,从100到500(mm),每50mm一个等级划分为9种,本夹具中使用250mm和100mm两种,如下图。
图4-7L-型板
4.4.3支撑板(连接板)
支撑板起连接作用,就是将夹紧单元和L板连接,起不到定位作用,材料为Q235A,根据经验和其它夹具设计,厚度一般为如下图所示,24mm。
图4-8连接板型式
4.4.4压头
在设计中,压头压力要大于300N。
本设计为单极压头,根据机床夹具设计手册,气缸缸径选为Ф75。
一般情况下系统气体压力为0.5MPa,气缸的效率为80%时,各气缸输入与输出力如表5.1。
4.4.5夹紧块
普通的半成品材料的夹紧块为四十五号钢,然后经过铸造后会发黑,用淬火HRC32`35,但是在车身焊造的过程中,为了防止工件损坏,所以用尼龙材料代替,其厚度为二十二毫米,为了在工作时夹紧块转,所以在支撑板加上止口。
4.4.6调整垫片及限位板
调整垫片及限位板,如下图,是为了防止夹紧单元旋转而导致工件松动。
图
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