随着我国汽车领域的逐步发展, 最为四大工艺专业之一的焊接专业, 我们对汽车白车身的焊接设备的了解也越来越广, 下面从笔者所了解到的工艺生产设备从设计、建设及使用的角度做一下介绍, 以与大家共享, 但愿有益于阅读者的工作。
1 焊接设备
先谈谈小件的焊接, 这里就指螺母/螺栓的凸焊和螺柱的焊接;螺母凸焊一般采用固定式点凸焊机, 点凸焊机分工频和中频, 现在还出现有次高频的, 使用较少。中频焊机在节能和焊接效果方面都好些, 但价格偏贵, 目前国内工频使用较多;对于有些不易焊接位置要采取一下特殊措施: (1) 在配以专用简易夹具, 主要对于大型工件的螺母; (2) 螺母在工件上位置不易焊接处, 有些需做异型电极; (3) 大型工件上的焊接螺母较多时, 有时会将采用专用夹具, 用悬挂焊钳来进行螺母焊接, 但是笔者认为, 产品设计时因尽量避免此类情况发生, 或认为焊接工艺性不好, 或在产品SE阶段就被更改。对于螺母较多、螺母规格比较一致的工件, 为提高效率, 可在凸焊机上配以螺母输送机。
螺母/螺栓的焊接在有些厂还采用MAG焊, 笔者认为这种方法不可取, 在逐步被淘汰 (图1、图2、图3、图4) 。
螺柱焊 (STUD WELDING) 有时也叫植焊, 是近些年才被国内使用的, 目前在汽车车身焊接领域已经使用相当广泛, 逐步代替了凸焊螺栓;螺柱焊机按照操作自动化程度分为几种:手动, 半自动和全自动;手动螺柱焊机即为人工给钉, 给螺柱焊枪上塞一个钉子, 进行一次螺柱焊作业, 效率较低, 一般用于螺柱较少或节拍较低的工位, 半自动螺柱焊机采用自动送钉装置, 能大大提高生产效率, 在节拍要求较高、单件螺柱数量较多的工位采用, 全自动是指采用机器人或专机进行螺柱焊接, 目前在少量汽车厂有采用, 一般应用在节拍要求相当高或焊接位置人工不易到达的工位。在汽车螺柱焊机目前的应用以进口产品为主, 国内也已经有做的不错的厂家, 希望这些厂家的设备做的越来越好, 逐步取代进口产品。手动或半自动焊接一般需要夹具上要有焊枪导向定位装置, 单件上螺柱数量较多时, 夹具比较复杂。注意:螺柱焊接的范围较广, 不光指带螺纹的螺柱, 也包括T型钉和圆柱, 如果螺柱、T型钉或圆柱尺寸非常小时——即尺寸小到人手取钉、塞钉困难时, 也不宜采用手动螺柱焊机, 宜采用半自动螺柱焊机 (图5、图6) 。
悬挂点焊机, 在一般汽车车身焊接车间用的最多的焊接生产设备, 悬挂点焊机也有工频和中频之分, 中频焊机价格较为昂贵, 目前国内还以工频焊机为主, 更为先进的产品还有伺服焊枪, 在机器人焊接工位使用较多按照焊机的结构分, 有分体式焊机、同体式焊机、一体化焊机之分, 这是笔者按照一些行业内的叫法分的类, 所谓分体式焊机是指控制箱、变压器、焊钳都各为一体的结构, 在一些较早的汽车厂和有些当前的汽车厂有使用, 特点是一般要在焊机吊挂钢结构上方建控制箱平台, 以方便控制箱的安装、维护。在焊接工位上吊挂变压器和焊钳, 这样做法, 循环水系统较为复杂些, 控制箱和变压器都要有循环水路, 现在采用的较少;同体式焊机, 是指控制箱和变压器做成一体;一体化焊机是指变压器和焊钳做成一体。从整套设备投资而言, 一体化焊机最大, 但是这种焊机可以减少变压器和焊钳之间电缆的热能损耗, 焊机的容量也相应减少, 对于节能和操作个人的健康都很有意义。在中国也在逐渐普及 (图7、图8) 。
对于有些复杂工位, 一般对于车身总拼工位, 由于要保证车身的尺寸角度, 该工位夹具一般较为复杂, 一般总难免有地板与侧围的焊点人工或机器人难以达到, 于是出现了傀儡焊或自动焊系统, 以解决此类问题。傀儡焊即将焊钳做到夹具上, 通过电缆和铜板等连接将焊接位置以一对铜电极板的形式转移到容易达到位置, 通过用机器人或人工用普通焊机焊钳给这对铜电极板通电, 来实现远距离焊接的方法;自动焊基本同傀儡焊方式相同, 只是加装专用的控制箱、变压器, 通过PLC控制, 自动实现不易焊接位置的点焊 (图9) 。
弧焊设备:随着产品工艺性的日趋完善, 弧焊在车身上的应用越来越少, 一般也是作为补焊时采用, 采用的弧焊设备一般是MAG焊或MIG焊。为了改善操作环境及对操作工人的健康考虑, 在采用弧焊的工位一般都配合有除尘设备。
激光焊接是近些年出现的先进的焊接方法, 能有效解决车身上有些部位焊接困难或不同板厚的工件的拼接问题。据有关资料统计, 在欧美发达工业国家中, 有50%～70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。其中主要以激光焊接和激光切割为主, 激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺。激光用于车身面板的焊接可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起, 然后再进行冲压, 这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。由于很少变形, 也省去了二次加工。激光焊接加速了用车身冲压零件代替锻造零件的进程。采用激光焊接, 可以减少搭接宽度和一些加强部件, 还可以压缩车身结构件本身的体积。仅此一项车身的重量可减少50kg左右。而且激光焊接技术能保证焊点连接达到份子层面的接合, 有效提高了车身的刚度和碰撞安全性, 同时有效降低了车内噪声。由于投资很大, 对于冲压件和夹具精度要求较高, 目前国内汽车厂还很少采用, 像大众汽车等合资汽车厂应用较多。
2 包边设备
车门包边的生产工艺, 目前应用较多的有三种包边工艺方式:A.压力机配以包边模具的包边方式;B.液压包边夹具包边的方式;C.机器人滚边的方式。简单介绍一下三种包边方式的相对特点。生产效率:A最高, B次之, C最低;投资:C最多, A次之, B最少;包边质量:C最好, A次之, B最差。可根据各自产品及产量及投资情况确定采用何种包边工艺 (图10) 。
包边夹具的方式, 投资较少, 在一些项目投资不多, 批量较小的工厂使用多些。属于专用设备, 产品更换, 设备就更换。
一般采用气动部件定位, 液压缸部件包边的方式。节拍一般为1～1.5分钟, 上下料一般也为人工。近些年出现了框架式定位机构能提高定位精度和包边质量。
采用压力机的包边方式, 应用较广, 较液压包边夹具, 这种方式柔性较大, 一台压力机可配4套包边模具, 通过移动工作台进行模具切换。公称压力一般选择范围为1600kN～4000kN, 根据液压机的结构分四柱式和框架式。这种工艺一般注意要考虑好模具的维修因为焊接车间一般没有吊车, 一套包边模具的重量一般在10t～20t之间, 如果大规模生产车间, 有3台以上包边机可综合考虑, 在一跨厂房内布置, 使用一台20t吊车, 解决模具的维修 (图11) 。
机器人滚边方式进行车门盖包边是近些年兴起的较高水平的技术。采用机器人上带辊子, 需要滚边模具, 仅需要下模, 包边过程一般为45°、90°一套机器人系统能兼顾4套包边下模, 柔性较好, 一般根据节拍选择下模数量。由于机器人进行包边, 考虑区域内的安全, 一般也配套较高自动化水平较高的上下料方式。投资较大, 但是有利于包边质量的提高 (图12) 。
3 涂胶设备
最后说说涂胶工艺设备, 白车身所涂胶的种类主要有结构胶、点焊密封胶、膨胀胶等。白车身的涂胶主要有车门包边、顶盖隔震等位置使用。相比较, 乘用车上涂胶位置较多, 主要是密封性和舒适性要求要高些。现在新建汽车厂规模稍大都采用涂胶泵配以涂胶枪进行涂胶, 效率高, 胶的利用率也高。有时也采用机器人进行自动涂胶, 自动化率较高的车间才有采用。胶的种类不同, 气温不同胶的粘稠度也不相同, 根据胶的种类和地理位置, 要考虑是否需要加热装置 (图13) 。
总结:当前汽车工业还在不断的发展, 制造工艺也在随之快速进步, 上面是分类简单介绍了一下汽车车身焊接车间的工艺设备情况, 限于笔者所了解之状况, 如有不足之处还请读者批评指正。
摘要：文章主要从焊接、包边、涂胶几方面介绍了汽车车身焊接车间内的主要工艺生产设备的种类, 并介绍了这些主要设备的主要特点, 以及这些设备在设计及使用时的注意事项, 以能够作为同行选择时的参考。
关键词：汽车,车身,焊接车间,工艺生产设备