CN102489887B - 车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具，夹具采用腔体结构环抱住车身零部件部分或全部外表面的型面定位的方式，利用夹钳夹紧。对夹具体进行铣削加工，保障在激光切割与焊接过程中，可以完成结构复杂三维零件加工，避免夹具与焊接头产生干涉。整个切割、焊接及搬运过程中车身零部件和夹具体不分开，且切割与焊接共用一套夹具，切割时，上下夹具体各自为工作夹具，焊接时通过夹具的对接实现满足车身零部件连接之间的对接间隙和错边精度要求，实现高效、高精度三维零部件的激光切割和激光对接焊加工。

Description

车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具

技术领域

本发明涉及一种适用于车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具。

背景技术

激光作为切割和焊接的新手段应用于汽车制造业，是一个具有很大发展潜力的重要方向。为充分发挥激光加工精益、敏捷和柔性的技术优势，以汽车车身的激光制造为重点，全面推动激光加工在汽车制造中的应用，实现汽车轻量化。据统计，采用激光技术制造车身，可节省约2/3的样车新车身开发模具和约70％的夹具，使生产周期缩短50％，白车身重量减少20％，制造精度(形状、尺寸等)和白车身总体质量(强度、刚度等)显著提高。

车身零部件三维激光切割时，工件快速、准确定位是非常重要的环节。夹具的快速制造和精确定位将直接影响工件的切割效率和切割质量。车身零部件连接的大多是具有空间曲面、外型复杂的结构件，定位表面只能选择型面。三维激光切割的工艺具有特殊性，其夹具设计方法也不同于一般的工装夹具，由于激光头和加工工件之间没有力的接触作用，故激光切割夹具体一般采用网格夹具，只完成对工件的定位，同时凭借工件本身的重力作用完成夹紧。这种三维激光切割的夹具只起定位的作用，其结构设计也变得简单，但是却无法纠正车身零部件经过冲压后产生的回弹变形以及车身零部件在激光切割过程中产生的热积累导致其产生的不同程度的热变形，这都会对切割轨迹的位置产生影响，进而影响切割精度，并对后续激光焊接对接装配精度产生影响。

在车身焊装上，采用电阻点焊将覆盖件连接成车身结构时，若电极不能伸入车身内部，则要求在连接部位留有凸缘，对凸缘夹持后进行焊接。电阻点焊必须依靠焊枪两电极夹持焊接部位才能完成焊接，因此凸缘是必不可少的，凸缘不仅影响车形美观，占有多余空间，而且消耗较多材料，一般要求凸缘宽度为16mm，才能满足焊枪夹钳的夹持要求，保证焊接质量，激光焊接是单边非接触式加工，如果采用激光焊，凸缘宽度只需5mm。甚至采用激光对接焊时，凸缘部位完全可以省去，这也使得车身结构更加紧凑。

在白车身上采用对接接头，除了可以减轻车身重量，使外观更美观以外，由于零件上表面和底面的镀锌层在激光作用后，形成的锌蒸汽很容易溢出而很少进入熔池，因此对焊缝的质量不会产生影响，这相对镀锌材料的搭接接头焊接有明显的优势。但是，激光束经聚焦后，所得到的光斑直径很小，而对接接头的焊接要求激光束要精确作用在对接缝隙处，并保证对接缝隙不大于允许值，且光束的运动轨迹有很高的精度要求。这对对接接头处的对接间隙和错边量有很高的要求，间隙过大激光则从间隙中漏掉的能量大，焊接能量的输入减少，因此对接接头的焊接对工件的焊前加工精度和装配精度要求比较高，稍有偏差就会产生错边焊接、烧损、未熔合等焊接缺陷。

激光焊接与电阻点焊有很大的区别，激光焊接不能像电阻点焊那样可通过电极夹紧通电从而焊接。激光焊接是非接触式加工，且对接结构对对接精度有很高的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具，整个切割、焊接及搬运过程中车身零部件和夹具体不分开，且切割与焊接共用一套夹具，实现高效率、高精度三维车身零部件的激光切割和激光对接焊加工。

本发明的技术方案为，车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具，包括夹持上下对接焊的车身上零部件和下零部件的夹具体，其特征是，所述夹具体包括上夹具体和下夹具体，上夹具体底部设有环抱住上零部件需焊接部位上部的上型面腔体，下夹具体顶部设有环抱住下零部件需焊接部位下部的下型面腔体，上夹具体还包括上固定板，上型面腔体顶面固定在上固定板，下夹具体还包括下固定板，下型面腔体底面固定在下固定板，上固定板设有使上零部件顶面与上型面腔体顶面贴合的上夹紧机构，下固定板设有使下零部件底面与下型面腔体底面贴合的下夹紧机构。

所述夹具还包括控制上夹具体和下夹具体水平方向相对位置的导向机构，该导向机构包括导柱和带导套孔的导套，导柱底端安装在导套孔内，导柱顶端和导套底端分别对应安装在上固定板底端和下固定板顶端，且导柱与上固定板为过渡配合，导套与下固定板为过渡配合。

所述夹具还包括控制上夹具体和下夹具体竖直方向高度的限位柱，上固定板底端和下固定板顶端的对应位置分别设有柱孔。

所述上夹紧机构包括上夹钳和上连接结构，所述上夹钳为阶梯状，上夹钳底面置于上零部件底部，上夹钳顶面置于上固定板底部并通过上连接结构与上固定板紧固。

所述下夹紧机构包括下夹钳和下连接结构，所述下夹钳为阶梯状，下夹钳顶面置于下零部件顶部，下夹钳底面置于下固定板顶部并通过下连接结构与下固定板紧固。

所述上连接结构为螺栓，且上固定板对应设有螺孔。

所述下连接结构为螺栓，且下固定板对应设有螺孔。

所述上、下夹具体采用“型面定位”——用腔体结构环抱住车身零部件连接的部分或全部外表面型面的方式，对车身零部件进行定位。此方法有利于防止车身零部件本身的回弹变形，及内应力释放变形。

所述夹紧机构采用夹钳夹紧，夹钳均布压住车身零部件，实现均匀夹紧，上夹具体和下夹具体合起来时，压板螺栓保持左右错开。

所述导向机构由导柱和导套组成，分别位于上、下夹具体，导柱与上夹具体为过渡配合，导套与下夹具体为过渡配合。上夹具体翻转时，通过导柱导套导向控制水平方向的自由度，及限位柱限位控制竖直方向的高度，完成上下夹具体结合。所述限位机构为限位柱，限位柱高度方向的制造公差要求控制在±0.02mm内，有效保证证车身零部件连接的的对焊间隙和错边要求，实现高效率、高精度三维车身零部件的激光对接焊。

由以上可知，本夹具可以完成三维对接结构车身零部件激光切割与激光焊接，确保该车身零部件的切割质量和焊接质量，并可实现激光切割和激光焊接高效率工作，更有利于以后三维对接结构车身零部件的批量、自动化生产。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为上下对接焊的车身零部件对接结构示意图；

图3为本发明的上夹具体结构示意图；

图4为本发明的下夹具体结构示意图；

图5为夹具与对接连接件激光对接焊接截面图；

图6为上下夹具体合起来结构示意图；

在图1-6中，1-上夹具体；11-上型面腔体；12-上固定板；13-上支撑柱；14-上底板；2-下夹具体；21-下型面腔体；22-下固定板；23-下支撑柱；24-下底板；31-上夹钳；32-下夹钳；41-导柱；42-导套；5-限位柱；6-上零部件；7-下零部件；8-激光焊接头。

具体实施方式

如图1-图6所示，车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具，包括夹持上下对接焊的车身上零部件6和下零部件7的夹具体，夹具体包括上夹具体1和下夹具体2，上夹具体1底部设有环抱住上零部件6需焊接部位上部的上型面腔体11，下夹具体2顶部设有环抱住下零部件7需焊接部位下部的下型面腔体21，上夹具体1还包括上固定板12，上型面腔体11顶面固定在上固定板12，下夹具体2还包括下固定板22，下型面腔体21底面固定在下固定板22，上固定板12设有使上零部件6顶面与上型面腔体11顶面贴合的上夹紧机构，下固定板22设有使下零部件7底面与下型面腔体21底面贴合的下夹紧机构；上夹紧机构包括上夹钳31和上连接结构，上夹钳31为阶梯状，上夹钳31底面置于上零部件6底部，上夹钳31顶面置于上固定板12底部并通过上连接结构与上固定板12紧固，上连接结构为螺栓，且上固定板12对应设有螺孔；下夹紧机构包括下夹钳32和下连接结构，所述下夹钳32为阶梯状，下夹钳32顶面置于下零部件7顶部，下夹钳32底面置于下固定板22顶部并通过下连接结构与下固定板22紧固，下连接结构为螺栓，且下固定板22对应设有螺孔。

夹具还包括控制上夹具体1和下夹具体2水平方向相对位置的导向机构，该导向机构包括导柱41和带导套孔的导套42，导柱41底端安装在导套孔内，导柱41顶端和导套42底端分别对应安装在上固定板12底端和下固定板22顶端，且导柱41与上固定板12为过渡配合，导套42与下固定板22为过渡配合。

夹具还包括控制上夹具体1和下夹具体2竖直方向高度的限位柱5，上固定板12底端和下固定板22顶端的对应位置分别设有柱孔。

在使用时，以车身某对接连接零部件激光切割与焊接为例，如图1所示为基于车身某对接连接零部件激光切割、焊接一体化所设计的夹具，本夹具主要用于图2所示的车身对接连接上零部件6和下零部件7激光切割与激光对接焊接，上夹具体1和下夹具体2分别如图3、4所示，对其进行铣削加工，保障在激光切割与焊接过程中，上夹具体1和下夹具体2与焊接头8不产生干涉。将该车身对接连接零部件分别放置于上夹具体1和下夹具体2上，上夹具体1和下夹具体2采用“型面定位”，用腔体结构环抱住该车身上零部件6和下零部件7部分外表面的方式，对该车身上零部件6和下零部件7进行定位，上夹具体1和下夹具体2与该车身上零部件6和下零部件7截面图如图5所示，保障激光切割头和焊接头8在加工时与上夹具体1和下夹具体2不产生干涉。放置完毕后，通过上夹钳31和下夹钳32分别压紧该车身上零部件6和下零部件7，使得该车身上零部件6和下零部件7与上夹具体1和下夹具体2的型面完全贴合，腔体结构环抱住该车身上零部件6和下零部件7。上夹钳31和下夹钳32采用阶梯状，上夹具体1和下夹具体2合起来时，压板螺栓保持左右错开，如图6所示。该车身上零部件6和下零部件7被夹紧在上夹具体1和下夹具体2上后，上夹具体1和下夹具体2各自为激光切割夹具，在激光切割机床上完成激光切割，切割完后上夹钳31和下夹钳32一直保持夹紧状态，从而避免该车身上零部件6和下零部件7因切割完后内应力释放而产生的变形。保证加紧机构3不松开，将上夹具体1和下夹具体2连同该车身上零部件6和下零部件7一起运至焊接工作台，夹具通过导柱41导套42进行导向，限位柱5限位。导柱41导套42可以控制水平方向的自由度，限位柱5可以控制竖直方向的高度。导柱41与上夹具体1为过渡配合，导套42与下夹具体2为过渡配合。限位柱5高度方向的制造公差要求控制在±0.02mm内，能有效保证证零件的对焊间隙要求。将上夹具体1进行翻转，完成翻转后上夹具体1合在下夹具体2上，通过导柱41和导套42导向，限位柱5限制其高度，检查确定该车身上零部件6和下零部件7对接合格后，开始对该车身上零部件6和下零部件7进行激光焊接。焊接完成后，为防止零件应力释放后导致产品扭曲变形，该车身上零部件6和下零部件7焊接完成后，进行时效处理。

Claims (5)

1.车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具，包括夹持上下对接焊的车身上零部件（6）和下零部件（7）的夹具体，其特征是，所述夹具体包括上夹具体（1）和下夹具体（2），上夹具体（1）底部设有环抱住上零部件（6）需焊接部位上部的上型面腔体（11），下夹具体（2）顶部设有环抱住下零部件（7）需焊接部位下部的下型面腔体（21），上夹具体（1）还包括上固定板（12），上型面腔体（11）顶面固定在上固定板（12），下夹具体（2）还包括下固定板（22），下型面腔体（21）底面固定在下固定板（22），上固定板（12）设有使上零部件（6）顶面与上型面腔体（11）顶面贴合的上夹紧机构，下固定板（22）设有使下零部件（7）底面与下型面腔体（21）底面贴合的下夹紧机构；所述夹具还包括控制上夹具体（1）和下夹具体（2）水平方向相对位置的导向机构，该导向机构包括导柱（41）和带导套孔的导套（42），导柱（41）底端安装在导套孔内，导柱（41）顶端和导套（42）底端分别对应安装在上固定板（12）底端和下固定板（22）顶端，且导柱（41）与上固定板（12）为过渡配合，导套（42）与下固定板（22）为过渡配合；所述夹具还包括控制上夹具体（1）和下夹具体（2）竖直方向高度的限位柱（5），上固定板（12）底端和下固定板（22）顶端的对应位置分别设有柱孔。

2.根据权利要求1所述车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具，其特征是，所述上夹紧机构包括上夹钳（31）和上连接结构，所述上夹钳（31）为阶梯状，上夹钳（31）底面置于上零部件（6）底部，上夹钳（31）顶面置于上固定板（12）底部并通过上连接结构与上固定板（12）紧固。

3.根据权利要求1所述车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具，其特征是，所述下夹紧机构包括下夹钳（32）和下连接结构，所述下夹钳（32）为阶梯状，下夹钳（32）顶面置于下零部件（7）顶部，下夹钳（32）底面置于下固定板（22）顶部并通过下连接结构与下固定板（22）紧固。

4.根据权利要求2所述车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具，其特征是，所述上连接结构为螺栓，且上固定板（12）对应设有螺孔。

5.根据权利要求3所述车身零部件对接连接的激光切割与焊接一体化的夹具，其特征是，所述下连接结构为螺栓，且下固定板（22）对应设有螺孔。

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