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    柔性試制夾具在新車開發(fā)中的應(yīng)用

    2021-05-15 12:57:02
    汽車工藝師 2021年4期
    關(guān)鍵詞:樣車新車型夾具

    上海銳鎂新能源科技有限公司杭州分公司 浙江杭州 310002

    隨著中國汽車行業(yè)不斷發(fā)展,國人對汽車的要求越來越高,各汽車公司為滿足不同消費(fèi)人群,不斷研發(fā)新產(chǎn)品和進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,以及改進(jìn)各款車型外觀等,車型換代速度越來越快。與此同時(shí),行業(yè)間競爭也越來越激烈,各汽車公司打質(zhì)量戰(zhàn)、價(jià)格戰(zhàn),在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,降低開發(fā)過程中每個(gè)環(huán)節(jié)的成本,縮短開發(fā)周期。在新產(chǎn)品開發(fā)的過程中,白車身試制起著承前啟后的重要作用,是驗(yàn)證設(shè)計(jì)正確與否的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過試制解決產(chǎn)品質(zhì)量、性能、工藝等缺陷,以便減少后期量產(chǎn)階段中產(chǎn)品的設(shè)變量,從而降低不必要的設(shè)備、工裝等成本投入。目前,在試制階段,降低產(chǎn)品試制成本,短周期內(nèi)制造出合格的白車身樣車,成為各汽車公司最核心的競爭力。焊裝試制夾具是試制階段特別重要的一個(gè)部分,其投資成本、開發(fā)周期、精度、質(zhì)量及效率等,直接影響試制白車身的投資成本、開發(fā)周期、精度、質(zhì)量及效率。

    焊裝試制夾具開發(fā),行業(yè)普遍做法是每款新車型開發(fā)一款簡易試制夾具,開發(fā)周期相對較長,成本投入相對較高。一般試制結(jié)束后,簡易試制夾具將不再使用,行業(yè)普遍采用倉庫存儲,占據(jù)空間大、利用率低,或直接報(bào)廢,成本浪費(fèi)高。如何在保證試制夾具質(zhì)量、精度的基礎(chǔ)上,降低焊裝試制夾具開發(fā)成本,縮短開發(fā)周期,提升白車身試制效率,業(yè)內(nèi)一直都在探索。目前,結(jié)合已開發(fā)新車型試制的嘗試,試制夾具柔性設(shè)計(jì)將很好的解決此問題。

    試制夾具概述

    國內(nèi)汽車行業(yè)中,試制焊接夾具開發(fā)有三種形式:氣動(dòng)試制夾具、簡易試制夾具和柔性試制夾具。氣動(dòng)夾具與正式批產(chǎn)夾具一致,采用氣缸加緊,按照正式量產(chǎn)的夾具標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造等。簡易夾具是正式批產(chǎn)夾具的簡化版,采用手動(dòng)夾緊器(部分關(guān)鍵部位采用氣動(dòng)形式),精度和定位方式等夾具標(biāo)準(zhǔn)要求與正式夾具要求基本一致。柔性夾具與簡易夾具類似,其BASE板、支撐角座、補(bǔ)高座等采用柔性標(biāo)準(zhǔn)模塊化的結(jié)構(gòu),滿足各車型試制夾具使用。

    因氣動(dòng)試制夾具整體投資成本高、開發(fā)周期長,各汽車公司已不采用氣動(dòng)夾具進(jìn)行新產(chǎn)品試制,采用相對投資成本低、開發(fā)周期短的簡易試制夾具。但在試制開發(fā)過程中,發(fā)現(xiàn)柔性夾具比簡易夾具投資成本更低,開發(fā)周期更短,柔性夾具整體比簡易夾具投資成本約降低30%,周期約減少1/5。

    試制夾具特點(diǎn)

    新車型整體設(shè)計(jì)和車身零部件設(shè)計(jì)基本完成之后,開始進(jìn)行樣車試制,在試制階段需要對新車型進(jìn)行外觀、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)及密封等各種評價(jià),性能試驗(yàn)和改進(jìn)。一款設(shè)計(jì)優(yōu)良的汽車產(chǎn)品,離不開高技術(shù)含量的試制過程。試制樣車一般分為概念車、驗(yàn)證車和試驗(yàn)車,概念車更多關(guān)注外觀和造型,驗(yàn)證車和試驗(yàn)車更多強(qiáng)調(diào)精度、質(zhì)量合格等。

    樣車試制特點(diǎn)如下:

    1)產(chǎn)量小(50~100臺)。

    2)生產(chǎn)靈活,對生產(chǎn)節(jié)拍要求不嚴(yán)。

    3)不要求零件所有焊點(diǎn)都在夾具上實(shí)現(xiàn)焊接。

    4)產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)生變更時(shí),快速實(shí)現(xiàn)夾具更改,保證設(shè)計(jì)變更要求。

    5)對關(guān)鍵車身精度要求較嚴(yán),需要保證和滿足總裝關(guān)鍵零部件裝配要求。

    6)為保證車身碰撞法規(guī),需保證焊接質(zhì)量要求。

    白車身樣車在焊裝試制過程中,試制焊接夾具需要把車身沖壓件定形、定位并夾緊,組合成車身組件、分總成及總成,同時(shí)利用焊接的方法使其形成整體。在樣車試制階段,為減少投資,加快試制速度,保證試制樣車的精度、質(zhì)量等要求,試制夾具相對生產(chǎn)線量產(chǎn)夾具有所不同。

    結(jié)合樣車試制特點(diǎn),試制夾具的特點(diǎn)如下:

    1)相對于量產(chǎn)夾具而言,夾具數(shù)量少,投資成本低,開發(fā)周期短。

    2)夾具機(jī)構(gòu)相對復(fù)雜,每套夾具焊接的沖壓零件數(shù)量多。

    3)夾具機(jī)構(gòu)簡單,便于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化時(shí)的調(diào)節(jié)與更改。

    4)夾具設(shè)計(jì)、制造等滿足汽車行業(yè)夾具標(biāo)準(zhǔn)要求。

    5)夾具焊接操作空間盡量滿足車身關(guān)鍵定位焊點(diǎn)的焊接。

    試制夾具介紹

    1.氣動(dòng)試制夾具

    氣動(dòng)夾具與正式量產(chǎn)夾具一致,采用氣缸夾緊,一般按照汽車行業(yè)正式量產(chǎn)的氣動(dòng)夾具標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造,如圖1所示。試制夾具開發(fā)數(shù)量少,每套夾具焊接沖壓零件較多,定位夾緊單元較多。由于氣動(dòng)夾具有氣缸、氣管、氣控等,所以導(dǎo)致焊接操作空間小,影響試制關(guān)鍵及定位焊點(diǎn)焊接,試制車身精度、質(zhì)量不易控制,且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更改時(shí),氣動(dòng)夾具不便于調(diào)節(jié)和更改。試制結(jié)束后,部分汽車公司將氣動(dòng)夾具分解改造,使其滿足正式投產(chǎn)夾具的使用要求。由于試制周期與正式夾具調(diào)試周期重疊,若將試制氣動(dòng)夾具分解改造,將影響整個(gè)車型開發(fā)周期,且試制氣動(dòng)夾具一次性投資成本較高,開發(fā)周期長。

    圖1 某車型氣動(dòng)試制夾具

    2.簡易試制夾具

    簡易試制夾具是氣動(dòng)試制夾具的簡化版,采用手動(dòng)夾緊器(部分關(guān)鍵部位采用氣動(dòng)夾緊),夾具標(biāo)準(zhǔn)與氣動(dòng)夾具基本一致,如圖2所示。由于簡易試制夾具沒有氣缸、氣管、氣控等,所以焊接操作空間大,試制關(guān)鍵及定位焊點(diǎn)焊接方便,且夾具機(jī)構(gòu)簡單,便于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化時(shí)的調(diào)節(jié)與更改。相對氣動(dòng)試制夾具一次性投資成本低,開發(fā)周期短。試制結(jié)束后,簡易夾具將不再使用,因其可重復(fù)利用性幾乎沒有,直接報(bào)廢,成本浪費(fèi)高。部分公司在試制車間進(jìn)行存儲,占據(jù)空間大,造成車間空間利用率低。

    圖2 某車型簡易試制夾具

    3.柔性試制夾具

    1)第一種與簡易試制夾具類似,同樣采用手動(dòng)夾緊器(部分關(guān)鍵部位采用氣動(dòng)夾緊),夾具標(biāo)準(zhǔn)與氣動(dòng)夾具基本一致,夾具BASE板布置矩陣孔,支撐角座、補(bǔ)高座等采用標(biāo)準(zhǔn)通用化形式,如圖3所示。試制結(jié)束后,BASE板、支撐角座、補(bǔ)高座等標(biāo)準(zhǔn)通用部分,繼續(xù)供下一款新車型使用,僅需要更換新車型零件的定位夾緊機(jī)構(gòu)、型板等差異部分,即可完成新車型試制夾具的開發(fā)。這樣在一定程度上減少了重復(fù)投資,比簡易試制夾具投資成本更低、開發(fā)周期更短,是目前常用的焊裝試制夾具方式。

    圖3 某車型柔性下部車身試制夾具(部分單元)

    2)第二種為萬能工作平臺,是目前柔性化較高的試制夾具。其主體主要有萬能工作平臺、通用安裝座、定位夾緊機(jī)構(gòu)及型板等,其中萬能工作平臺、通用安裝座帶有矩陣孔,如圖4所示。試制結(jié)束后,萬能工作平臺、通用安裝座繼續(xù)供下一款新車型使用,同樣僅需要更換定位夾緊機(jī)構(gòu)、型板等差異部分,即可完成新車型試制夾具的開發(fā),但萬能工作平臺比第一種柔性夾具一次性投資成本高,開發(fā)周期長。

    圖4 萬能工作平臺

    柔性試制夾具開發(fā)

    1.柔性夾具結(jié)構(gòu)

    柔性夾具結(jié)構(gòu)與簡易夾具機(jī)構(gòu)大致相同,主要結(jié)構(gòu)包括BASE板、角座、補(bǔ)高座、型板及定位夾緊機(jī)構(gòu)(連接塊、壓臂、銷座、定位銷及調(diào)整墊片等)等部分組成,復(fù)雜定位單元需要增加限位塊、導(dǎo)軌等功能件。其中BASE為柔性BASE,角座、補(bǔ)高座為標(biāo)準(zhǔn)通用結(jié)構(gòu)。

    2.柔性夾具開發(fā)要求

    1)根據(jù)夾具BASE板面積S,選用合適厚度的鋼板,作為BASE面,BASE面加工完厚度要求見表1。

    表1 BASE面加工完厚度要求

    2)夾具BASE上布置矩陣孔(一般孔數(shù)×間距約為200×200mm),矩形陣列上同一行或同一列上相鄰兩個(gè)M12裝配螺孔的間距為200mm,相鄰兩個(gè)φ12H7定位柱銷銷孔的間距為(200±0.02)mm,相鄰裝配螺孔與定位柱銷銷孔的距離為(100±0.05)mm。

    3)根據(jù)需要在BASE上設(shè)計(jì)厚度為20mm過渡鋼板,過渡板通過定位柱銷定位到BASE上,并用裝配螺栓緊固,標(biāo)準(zhǔn)支撐角座、補(bǔ)高座定位裝配到過渡板上。型板、定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)等差異部分,按車型零件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

    4)其他夾具機(jī)構(gòu)要求,按照汽車行業(yè)夾具標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求執(zhí)行。

    結(jié)語

    隨著汽車行業(yè)的發(fā)展,以及不斷的經(jīng)驗(yàn)積累總結(jié),試制夾具已能保證試制白車身的精度、產(chǎn)品質(zhì)量等,滿足總裝試制零部件裝配要求及驗(yàn)證車、試驗(yàn)車要求。柔性試制夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)用,在簡易試制夾具的基礎(chǔ)上,做到試制夾具柔性部分的重復(fù)使用,達(dá)到減少項(xiàng)目投資成本、縮短項(xiàng)目周期的目的。

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