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一、汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
中國經(jīng)濟(jì)的不斷增長加快了中國汽車制造業(yè)，工程機(jī)械產(chǎn)業(yè)，船舶重工的發(fā)展，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)顯示，2007年我國汽車產(chǎn)銷量雙雙超過880萬輛，同比增長高達(dá)22.02%，中國成為僅次于美國的第二大汽車消費(fèi)國，預(yù)計(jì)2015年汽車銷量可達(dá)1500萬輛。而專用汽車生產(chǎn)則向小批量、多樣化方向發(fā)展。汽車專用模具、夾具在成本和制造周期上給生產(chǎn)單位帶來了巨大的壓力，因此，柔性組合夾具則成為了制造企業(yè)的必然選擇，這樣能夠減少匹配周期，降低生產(chǎn)成本。
2002年前，國內(nèi)模具企業(yè)主要生產(chǎn)卡車和廂式車模具，轎車模具只處在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件模具的水平;焊接夾具企業(yè)的生產(chǎn)能力也僅限于生產(chǎn)內(nèi)部件的分焊夾具和部件總成夾具。2003～2007年，國內(nèi)模具企業(yè)逐步開始生產(chǎn)整車白車身模具，焊接工裝企業(yè)也具備了從底盤總成四門、側(cè)圍總成到白車身主焊線的生產(chǎn)能力，并且在主要技術(shù)上已接近國際先進(jìn)水平。
國際上一些先進(jìn)企業(yè)具有較高水平的焊裝開發(fā)能力，并形成了以少數(shù)具有先進(jìn)的整車焊裝工藝平臺的企業(yè)為核心、眾多專業(yè)化程度較高的中小型焊接工裝企業(yè)為協(xié)作網(wǎng)的格局。國外如日本豐田、德國大眾、法國標(biāo)致、美國通用等各大汽車公司應(yīng)用三維的數(shù)字化工藝規(guī)劃與仿真軟件已有近十年的歷史。國內(nèi)對于產(chǎn)量大、自動化程度高的焊裝線工藝規(guī)劃缺乏統(tǒng)一的數(shù)字化信息管理手段，還沒有形成這類高自動化焊裝線的規(guī)劃能力。
二、汽車焊接的工裝夾具
焊接工裝夾具的優(yōu)化設(shè)計(jì)及制作精度更是汽車制造過程中一項(xiàng)重要的環(huán)節(jié)，柔性組合工裝夾具的合理使用更能節(jié)省夾具的資金投入。由于產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，中國模具、夾具行業(yè)的技術(shù)及管理的提升也進(jìn)入了快車道，并已具備向發(fā)達(dá)國家工裝夾具制造業(yè)挑戰(zhàn)的能力。五年前中國焊接生產(chǎn)中國進(jìn)出口模具價值數(shù)額為 5.8∶1，而2007年進(jìn)出口的比值為1.45∶1，模具出口額超過了14億美元，它標(biāo)志著中國模具產(chǎn)業(yè)以規(guī)?；M(jìn)入國際市場的時代已經(jīng)到來，而三維柔性組合焊接工裝夾具剛剛踏入中國焊接行業(yè)。
日本豐田、德國大眾等國際領(lǐng)先的汽車生產(chǎn)廠，都有專門的沖壓、焊裝、總裝、涂裝工藝人員。他們與研發(fā)中心的車身設(shè)計(jì)人員共同進(jìn)行產(chǎn)品的工藝性分析。從車體設(shè)計(jì)到工裝制造都遵循著統(tǒng)一的原則，其一體化程度非常高，十分有利于對車身質(zhì)量、成本、周期的全面控制。中國的模具、焊夾行業(yè)大多都是各自為戰(zhàn)，模具制造廠、焊接夾具制造廠之間難以溝通，許多問題都滯留到汽車廠家的生產(chǎn)準(zhǔn)備階段，嚴(yán)重制約了白車身的產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)出周期。
所以，焊接夾具行業(yè)急需有一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定出來，柔性組合焊接工裝夾具在焊接生產(chǎn)中體現(xiàn)出越來越重要的位置!
柔性組合焊接工裝夾具應(yīng)用的優(yōu)越性：
隨著專用汽車及專用工程車輛生產(chǎn)向小批量、多樣化方向發(fā)展，在新車型的開發(fā)和制造過程中，利用柔性化、模塊化的三維組合工裝替代傳統(tǒng)的專用工裝，不僅可以縮短設(shè)計(jì)、制造時間，而且可以反復(fù)使用，節(jié)約成本，是非常經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的選擇。
1、經(jīng)濟(jì)性
柔性組合工裝是一種可以自由組合的萬能夾具，可適應(yīng)不同的工件形狀，幾套夾具系統(tǒng)就可以替代大量高成本的專用工裝，使用該工裝后，可以省去因產(chǎn)品變化而投入的專用工裝的費(fèi)用和時間。在多品種、個性化的汽車生產(chǎn)中，它的經(jīng)濟(jì)性尤為明顯。
國外有數(shù)據(jù)表明，9套以上專用焊接夾具的成本(我國5～6套)就超過一套柔性夾具。目前我國汽車制造企業(yè)每年增加幾十套專用焊接夾具是很常見的，選用柔性夾具的經(jīng)濟(jì)性顯而易見。
2、柔性化
柔性工裝平臺可以在三維空間進(jìn)行組合。模塊化系統(tǒng)在安裝、調(diào)整和夾緊工件中完美地體現(xiàn)了它的通用功能，在大型工件的焊接上，該特點(diǎn)更加突出。柔性化的另一面體現(xiàn)在操作簡便。在工作臺和模塊上，所有以12.5mm和25mm為倍數(shù)的尺寸均可直接找到，再配上少量的調(diào)整片，可以非常方便地準(zhǔn)確定位。
3、精確性
所有模塊加工精度均較高，工作平臺上任意兩個孔的公差在±0.1mm以內(nèi)，完全可以滿足焊接加工的需要。在裝配或焊接過程中，使用定位塊、連接塊、夾緊器和支撐塊，能夠?qū)ぜ_定位，需要焊接的工件可以被穩(wěn)定地固定在各個定位點(diǎn)或定位面上。如果工件本身的幾何尺寸不準(zhǔn)確，也可以很快被檢測出來，在初加工工序中便被消除。
4、重復(fù)性
使用CAD及Pro/E設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以非常簡便地對樣件進(jìn)行模擬裝配，精確的模塊尺寸能保證裝配精度。
三、汽車焊接的焊接技術(shù)
焊接是利用各種形式的能量使被加工的材料產(chǎn)生永久連接的一種成型方法。焊接成形能化大為小，以小拼大，特別適于制造大型的金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件;焊接與鑄造、鍛造等工藝相結(jié)合，可使復(fù)雜零件的成形工藝得以簡化，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。焊接技術(shù)尤其在汽車等機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用廣泛。
汽車的白車身、發(fā)動機(jī)和變速箱等都離不開焊接技術(shù)的應(yīng)用。在以“鋼結(jié)構(gòu)”為主的汽車車身的焊接加工中，汽車焊接又有不同于其他產(chǎn)品焊接的要求：
1. 對焊接件的尺寸精度要求高。為了保證產(chǎn)品的裝配精度和尺寸穩(wěn)定性，要求盡可能減少薄板件在焊前的精度偏差和焊后的熱應(yīng)力與變形。
2. 對焊縫接頭的性能要求高，焊接接頭不僅要滿足靜態(tài)和動態(tài)的力學(xué)性能指標(biāo)，而且有苛刻的低周疲勞性能要求。
3. 對批量焊接生產(chǎn)品質(zhì)高且一致性好的要求。
4. 對焊接生產(chǎn)過程高節(jié)拍、高效率的要求。
5. 對“零缺陷”的質(zhì)量控制與保證，提出了自動化焊接過程的監(jiān)測與信息化管理的要求。
近幾年來，汽車工業(yè)在焊接新技術(shù)、新型的柔性組合工裝夾具的應(yīng)用及推廣方面起了積極的推動作用。針對汽車產(chǎn)品“更輕、更安全、性能更好且成本更低”的發(fā)展目標(biāo)，當(dāng)前的汽車焊接技術(shù)正在傳統(tǒng)的材料連接概念與方法的基礎(chǔ)上迅速地延伸和拓展，并向先進(jìn)的“精量化焊接制造”的方向發(fā)展。
車的發(fā)動機(jī)、變速箱、車橋、車架、車身、車廂六大組成都離不開焊接技術(shù)的應(yīng)用，在汽車零部件的制造中，點(diǎn)焊、凸焊、縫焊、滾點(diǎn)(凸)焊、焊條電弧焊、CO?氣體保護(hù)焊、氬弧焊、氣焊、釬焊、摩擦焊、電子束焊和激光焊等各種焊接方法中，由于點(diǎn)焊、氣體保護(hù)焊、釬焊具有生產(chǎn)量大，自動化程度高，高速、低耗、焊接變形小、易操作的特點(diǎn)，所以對汽車車身薄板覆蓋零部件特別適合，因此，在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用最多。在投資費(fèi)用中點(diǎn)焊約占75%，其它焊接方法只占25%。
車身的焊接工裝夾具質(zhì)量直接決定著后面工序的質(zhì)量，車身的裝配質(zhì)量不良，不僅影響整車外觀，還會導(dǎo)致漏雨、風(fēng)噪、路噪和車門關(guān)閉障礙的發(fā)生，所以，焊接應(yīng)該引起足夠重視。汽車工業(yè)中，焊接是汽車零部件與車身制造中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，起著承上啟下的特殊作用，同時，汽車產(chǎn)品的車型眾多、成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件生產(chǎn)專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化以及汽車制造在質(zhì)量、效率和成本等方面的綜合要求，都決定了汽車焊接加工是一個多學(xué)科、跨領(lǐng)域和技術(shù)集成性強(qiáng)的生產(chǎn)過程。在目前汽車零部件及白車身的制造中，主要的焊接方法有電阻點(diǎn)焊、CO?氣體保護(hù)焊和激光焊，另外也有采用氬弧焊、電子束焊、摩擦焊工藝、中頻焊接技術(shù)等。
下面分別講述一下汽車主要的焊接方法：
1. 電阻焊
電阻焊是工件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法，目前廣泛應(yīng)用于汽車制造中。電阻焊用于焊接汽車行業(yè)的復(fù)雜接頭,如汽車保險(xiǎn)杠、儀表板、塑料管接頭、容器等。在點(diǎn)焊過程中，影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素有：焊接電流、焊接壓力、電極的端面形狀、穿過電極的鐵磁性物質(zhì)及分流等。特別在阻焊設(shè)備較多的焊接車間，同時工作的焊機(jī)相互感應(yīng)，對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性較差。因此，電阻點(diǎn)焊控制技術(shù)顯得尤為重要。目前，控制模式已由單模式控制發(fā)展為多模式控制，調(diào)節(jié)參量已由初始的單變量調(diào)節(jié)發(fā)展為多變量調(diào)節(jié)，在焊接過程中可同時對焊接電流、焊接時間和焊接壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2. 氣體保護(hù)焊
用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊，簡稱氣體保護(hù)焊。CO?氣體保護(hù)焊作為一種高效的焊接方法，以其焊接變形小和焊接成本低的特點(diǎn)，在我國汽車業(yè)獲得了廣泛的運(yùn)用。但CO?氣體保護(hù)焊在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問題：以CO?氣保焊中應(yīng)用最為廣泛的短路過渡形式為例，電弧電壓、焊接電流或焊接回路電感匹配不當(dāng)，或焊絲干伸長度不合適，都可能造成焊接電弧不穩(wěn)定、飛濺以及未焊透等，對焊縫成形、焊縫的機(jī)械性能有較大影響。另外，短路過渡焊接時對焊接電源的動特性要求很高。如果選型錯誤，穩(wěn)定焊接電弧的參數(shù)范圍狹窄，會影響焊接的質(zhì)量。從而對汽車生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。
3. 激光焊
激光焊接被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的制造技術(shù)之一。激光焊是利用激光器受激產(chǎn)生的激光束，通過聚焦系統(tǒng)并調(diào)焦到焊件接頭處，將光能轉(zhuǎn)換為熱能，使金屬熔化形成接頭。與傳統(tǒng)的點(diǎn)焊相比，激光焊接在焊接精度、效率、可靠性、自動化、輕量化和降低成本等方面，都具有無可比擬的優(yōu)越性。激光焊是利用激光器受激產(chǎn)生的激光束，通過聚焦系統(tǒng)并調(diào)焦到焊件接頭處，將光能轉(zhuǎn)換為熱能，使金屬熔化形成接頭。與傳統(tǒng)的點(diǎn)焊相比，激光焊接配合高精度的柔性組合工裝夾具在焊接精度、效率、可靠性、自動化、輕量化和降低成本等方面都具有無可比擬的優(yōu)越性。激光焊接被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的制造技術(shù)之一。 激光焊接設(shè)備的關(guān)鍵是大功率激光器，目前主要有兩大類，一類是固體激光器，主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的光束可以通過光纖傳送，適用于柔性制造系統(tǒng)或遠(yuǎn)程加工。另一類是氣體激光器，又稱CO?激光器，以分子氣體作工作介質(zhì)，可以連續(xù)工作并輸出很高的功率。 汽車工業(yè)中，激光技術(shù)主要用于車身拼焊和零件焊接，例如頂蓬與側(cè)圍的焊接。但激光焊接要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。否則很容易造成焊接缺陷。激光焊接在汽車工業(yè)中，特別是中高檔車的生產(chǎn)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝，如大眾公司生產(chǎn)的Golf在焊接長度方面：激光焊接為52.5m;利用同一激光源的激光釬焊焊縫為3.6m;粘合劑接合為22.6m;亞弧焊為4.7m;點(diǎn)焊為2938處。按照對車體結(jié)構(gòu)整體組成的貢獻(xiàn)計(jì)算，激光焊與點(diǎn)焊的比例各占45%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他連接方法，激光焊接及柔性組合焊接工裝夾具已經(jīng)成為汽車制造造領(lǐng)域中不可缺少的工藝及裝備。
以激光焊接為代表的精量化焊接生產(chǎn)方式用一種新的技術(shù)理念促進(jìn)了汽車焊接技術(shù)的進(jìn)步。此外，一些新的連接方法也率先在汽車制造中獲得應(yīng)用。如變極性MIG/MAG焊接方法、激光——電弧復(fù)合焊接方法、磁脈沖焊接方法、膠接和機(jī)械連接方法等都已開始成功地應(yīng)用在各類新車型的制造中。使汽車生產(chǎn)質(zhì)量大大提高。
4. 中頻焊接技術(shù)
中頻逆變直流焊機(jī)是將工頻(50Hz)交流變換成中頻(上千Hz)直流輸出，時間分辨率比工頻高，控制精度高，并且輸出電流不受次級輸出回路變化影響，熱效率較高，輸出功率很大，焊接品質(zhì)更好。與傳統(tǒng)工頻焊機(jī)的能耗高、焊點(diǎn)不穩(wěn)定、焊接飛濺大、焊接品質(zhì)相對較差等缺點(diǎn)相比，中頻焊機(jī)具有焊 接品質(zhì)好、控制精度高、焊接速度高、節(jié)能效果明顯、設(shè)備體積與自重相對較小、可以廣泛點(diǎn)焊異種金屬、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)良特性。近年來，國外部分生產(chǎn)汽車批量大的企業(yè)，已將中頻焊接技術(shù)應(yīng)用于轎車白車身焊裝線。在歐洲，中頻點(diǎn)焊機(jī)器人使用量已占40%，并擴(kuò)大到鋁合金轎車車身的點(diǎn)焊作業(yè)。
國內(nèi)如一汽大眾，也基本上采用中頻點(diǎn)焊設(shè)備，目前卡車生產(chǎn)線尚沒有大規(guī)模應(yīng)用。由于中頻逆變焊機(jī)具有高效節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，在全球提倡節(jié)能環(huán)保低碳生活的今天，在汽車制造業(yè)中應(yīng)積極采用中頻焊接技術(shù)。使其在未來的汽車生產(chǎn)中有舉足輕重的作用。
5. 機(jī)器人焊接技術(shù)
現(xiàn)代焊接技術(shù)中的機(jī)器人焊接技術(shù)在汽車生產(chǎn)中也具有舉足輕重的作用。焊裝生產(chǎn)線是由焊接設(shè)備、工裝夾具、傳輸系統(tǒng)和自動控制等部分組成。因此，生產(chǎn)線的整體柔性程度由各組成部分的柔性程度所決定。其中焊接設(shè)備的柔性化是決定焊裝生產(chǎn)線柔性程度的關(guān)鍵，工裝夾具是決定焊接生產(chǎn)線柔性程度的主要因素，而柔性組合工裝夾具的使用更是降低了工裝夾具的投入。
車身焊裝線上的焊接設(shè)備主要有手工焊設(shè)備、自動焊專機(jī)及焊接機(jī)器人三類。手工焊接設(shè)備主要包括懸掛式點(diǎn)焊機(jī)、半自動CO?氣體保護(hù)焊機(jī)等，它們均屬于通用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。通過人工操作完成焊接工作，其獨(dú)立性較強(qiáng)，便于安裝、調(diào)整及維修，且價格低廉，所以在生產(chǎn)發(fā)展的各個時代都得到了廣泛地應(yīng)用。自動焊專機(jī)包括多點(diǎn)焊機(jī)、臺式自動焊機(jī)及各種焊接機(jī)械手，這些專機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動作簡單、程序基本固定、制造成本及維修費(fèi)用高，只適用于某一種產(chǎn)品焊接，柔性程度低。所以，只有在單一品種、大批量生產(chǎn)的焊裝生產(chǎn)線上采用，以前，一般在年生產(chǎn)綱領(lǐng)為6萬輛以上的生產(chǎn)線上采用，現(xiàn)在只有更大年生產(chǎn)量的生產(chǎn)線才予以考慮。焊接機(jī)器人是本體獨(dú)立，動作自由度多，程序變更靈活、自動化程度高、柔性程度極高的焊接設(shè)備。具有多用途功能、重復(fù)精度高，焊接質(zhì)量高、抓取重量大、運(yùn)動速度快、動作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，焊接機(jī)器人是焊接設(shè)備柔性化的最佳選擇。焊接設(shè)備作為焊裝生產(chǎn)線的重要組成部分，是否采用焊接機(jī)器人是焊裝生產(chǎn)線柔性程度的重要標(biāo)志之一。汽車制造的批量化、高效率和對產(chǎn)品質(zhì)量一致性的要求，使機(jī)器人生產(chǎn)方式在汽車焊接中獲得了大量應(yīng)用。現(xiàn)代焊接技術(shù)對汽車生產(chǎn)質(zhì)量確實(shí)起到了舉足輕重的作用!
汽車工業(yè)是世界性的產(chǎn)業(yè)，汽車工業(yè)作為一個支柱產(chǎn)業(yè)，它的每一個發(fā)展、進(jìn)步，都離不開相關(guān)科學(xué)技術(shù)、工業(yè)等發(fā)展支持。隨著我國汽車制造業(yè)的發(fā)展，焊接技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，但是與發(fā)達(dá)國家的汽車工業(yè)相比還存在巨大的差距。面對國際競爭全球化、國內(nèi)競爭國際化的形勢，為使我國汽車工業(yè)能在世界汽車工業(yè)的發(fā)展中占有一席之地，唯有依靠包括焊接技術(shù)在內(nèi)的制造技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新能力的提高，才能實(shí)現(xiàn)中國汽車工業(yè)自主發(fā)展的目標(biāo)。
當(dāng)中國從“中國制造”走向“中國創(chuàng)造”后，會有更多的中國自主的柔性組合夾具品牌為世界所認(rèn)知。柔性組合工裝夾具產(chǎn)業(yè)作為支撐汽車發(fā)展的勁旅，生機(jī)盎然，懷揣民族工業(yè)精神的這支產(chǎn)業(yè)必將走向世界，邁向輝煌!
