基于ROBCAD白车身焊接仿真工艺研究-.docx
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1、大连工业大学本科毕业论文基于ROBCAD白车身焊接仿真工艺研究ResearchonSimu1.ationTechno1.ogyofBIWWe1.dingbasedonROBCAI)论文完成口期2018年6月13日学院:机械工程与自动化学院专业:工业工程学生姓名:赵前腾班级学号:工业131-01指导教师:金海华评阅教师:程金石2018年6月摘要轿车白车身是汽车的重要组成部分,是构成汽车的四大部分之一,是以“钢结构”为主的汽车零部件我体.车身焊接是白车身制造工艺中最重要的工艺过程之一,车身焊接的质量、精度、生产效率对整车的质量、精度、生产效率有若直接的影响。在大规模制造方式下,生产流水线是提高产品
2、痂量和生产效率的有力工具,在白车身焊接生产过程中也不例外.本文通过论述虚拟制造技术这一先进制造技术的概念、发展现状,提出了运用虚拟制造技术进行白车身焊接生产线设计的技术架构、技术关键点、方法和流程,详细介绍基于虚拟仿真软件进行白车身焊接生产线设计的设计方法和设计评价标准,以实现了里侧国外板手动焊接工位的虚拟仿真,运用虚拟仿真结果指导生产线的设计。关键词:乍身焊接:白车身:工艺:虚拟仿真AbstractCarwhitebodyisanimportantpartofautomobi1.eandoneofthefourmajorpartsofauto11M)bi1.c.BOdywe1.dingiso
3、neofthemostimportantprocessesinthewhi1.ebodymanufacturingprocess.Thequa1.ity,precisionandproductionCfriCiCnCyofthebodywe1.dinghaveadirectimpactonthequa1.ity,accuracyandproductionefficiencyofthewho1.evehic1.e.In1.arge-sca1.emanufacturing,production1.ineisaPOWerfU1.too1.toimproveproductqua1.ityandprod
4、uctionefficiency,anditisnoexceptionintheproductionprocessofwhitebodywe1.ding.Thispaperdiscussestheconceptandpresentsituationofvirtua1.Inanufiictiiringtechno1.ogy,andputsforwardthetechnica1.framework,keypoints,methodsandf1.owofthedesignofwhitebodywe1.dingproduction1.ineusingvirtua1.Hianutacturingtech
5、no1.ogy.Thispaperintroducesindetai1.thedesignmethodanddesigneva1.uationstandardofthewhitebodywe1.dingproduction1.inebasedonthevirtua1.simu1.ationsoftwaretorea1.izethevirtua1.simu1.ationofthemanua1.we1.dingworkstationoftheshapesideouterp1.ate.Thevirtua1.simu1.ationresu1.tisusedtoguidethedesignofthepr
6、oduction1.ine.KeyWords:BodyWe1.ding;WhiteBody:Process;Virtua1.Simu1.ation目录引言1第一章白车焊接工艺基本内容研究21.1 白车身的定义与特点错误!未定义书筌.1.2 白车身的分类与特点21.3 白车身制造工艺分类错误!未定义书签.1.4 焊接工艺41.5 弧焊工艺61.6 凸焊工艺71.7 其它先进焊接工艺7第二章白车身点焊焊接的质量和工艺92.1 点焊失效形式与检杳92.2 点焊质量评定标准IO2.3 点焊工艺参数的选择I1.2.4 白车身焊点规划I1.2.5 白车身的焊接工艺规程对车身精度的影响12第三章基于ROBC
7、AD的白车身焊装自动线方案设计133.1 系统仿真平台一一RoBaD概述133.2 基于ROBCAD的焊装线方案系统设计与仿真143.3 ROBCAD数据转换及建模163.4 ROBCAD焊装线设计与系统仿真173.5 基于ROBCAD的节拍与方案可行性分析19第四章基丁虚拟制造的白车身焊接生产线设计技术的实现224.1 面向白车身焊接生产线设计的虚拟环境构建224.2 基于的虚拟仿真设计234.3 基石的机构运动仿真244.4 基于的人机工程分析244.5 基于的生产过程分析25I1.1.-第五章基于ROBCAD的白车身焊接仿真工艺结果应用26结论29参考文献30致谢31-IV-引言白车身焊
8、接工艺是整车厂最为重要的制造环节之一,如何在严苛的节拍限制中制造满足质量标准的白车身,最关键的因素在于如何有效把握和管理数以千计的焊点和与之对应的生产工艺和资源。在汽车工业快速发展的今天,越来越多的设计工作要依赖于软件来完成,而TeCnOmatiX数字化制造软件,是一个工艺规划的信息化平台,提高工艺规划和设计痂量的强大工具。它提供了个协同工作的计绯机网络环境和相应的软件工具,使得工艺规划人员能够方便迅速地进行工艺规划的设计、优化、仿真,保证了信息交流和共享。还可以缩短生产制造准备时间,加快工艺规划和设计速度。第一章白车身焊接工艺的基本内容1.1白车身的定义与特点白车身(BodyInWhite)
9、,一般指车身生产流程(图I)中在完成车身焊装但未进行涂装工艺的、形状复杂的白皮乍身,结构为空间薄壁壳体:此外,还包括车身制件、车门,不包括车身附件设备和装饰件.白车身具备以下特点:(1)更杂的形状。白车身是由具有各自形状的薄板冲压件组成,其形状不能用简单的几何方程式描述其空间曲面,并具有贪杂的局部形状:(2)很大的体积。白车身及部分总成件体积较大;(3薄壁结构。组成白车身的薄板冲压件多由0.8mu1.2m的薄钢板组成:(4)良好的质量和刚性。白车身直接体现整车外观,不仅对尺寸、形状精度有很高的要求,且对表面质量耍求无变形、无损伤。一-*-一.w.T9,成.j.wI4q3装1.旬,tk冷装图车身
10、生产流程1.2白车身的分类及特点汽车车身常按车身的承栽形式对车身进行分类,分为非承载式车身、承载式车身和半承载式车身三大类。非承载式车身:这种结构的车身般装有单独的刚性乍架,并将乍身通过缓冲元件安装在车架上吸收对乍身的冲击我荷,大部分负敌由车架承担,车身本身结构的承载能力相对来说较少,但仍一定程度上承受车架扭转变形引起的负载。此种结构车身变形小,平移性和安全性好,车身内部噪音低,但整体质量大,质心高,比较笨萤,不适应高速行驶,多用于载货汽车、客车及专用汽车。承载式车身:承载式车身省去门加性车架,通过本身刚性空间结构承载车身固有教荷及其他件种载荷。车身通过在发动机舱、前困、侧困、地板等关键部分加
11、强结构,提高车身本体的刚性。车身本体具有较大的抗弯、抗扭性能,且质量较非承载式车身轻,高度和质心也比芈承载式车身低,具有高速行驶的稳定性,因车身本体一体式,刚度较大,所以行驶时噪音和振动会较大。该类车身改型牵涉到整体结构,所以改型成本高、难度大。目前承我式车身是车身结构发展的方向,多数轿车采用承我式车身“部分轻型客车也采用全封闭式承教式车身,地板由地板骨架和地板上板组成。承载式车身:半承载式车身是介于非承载式车身和承载式车身之间的过渡型车身结构,它的车身本体与车架用焊接或螺栓刚性连接,加强了部分车身底架而起到一部分车架的作用。1.3 白车身制造工艺分类白车身焊装工艺方法包含焊接、涂胶、包边、抑
12、接等。焊接是目前国内白车身常见的一种金属连接方法。焊接工艺包含点焊、弧焊、凸焊、擦柱焊等焊接方法。点焊是利用金属通过大电流的电阻热融化金屈使板件之间相连。菰焊是熔焊的一种,是利用高热量熔化金属母材和填充金属.因点饵的热输入比弧焊小得多,在白车身焊接中所占的比例最高。涂胶是对车身板件间涂工艺胶的过程,胶里也分为多种。通过涂胶保证车身的密封、隔振性能,提高车身的舒适性。包边是实现零件内外层板连接的方法,通过机械结构施加在外板上的力使外板边缘发生折弯变形将内板包住。包边的实现方法主要有:压机式、夹具式和机器人式。压机式包边效率高,但投入成本海,需通过更换模具实现柔性。随若机器人技术的发展,使用机器人
13、包边越来越多,机器人利用工具端安装的滚边工具实现板件包边.白车身需要包边的部分有门盖、翼子板等.押接的车身制造工艺是在不方便使用焊接的情况下实现板件间的连接,在铝材料的轻量化白车身有较多的应用。一般白车身焊装工艺顺序采用“分级”的生产模式,如图2W2-4场。门。U*Pf1用或i.4(Body-In-White),2-mU(Un(WibodyAsreni)Iy):3-MU;(SidebodyAssemb1.y1.H).4-,ti。f)g1.k(DrAssemb1.y1.R)5-f11jfJ-1.;,k(DxAssemb1.y1.F)6Kftk(Fnder1.H):7%动帆靶Q攻(Eng1.n。R
14、smAsmb1.y卜&,功忙怆霜C小(EngineHoodAssemb1.y):9-6,,板(FendsRH).IO-/.WUFA(SdebodyAssemb1.yRH):11.-111(DoorAMr1.yRF)12G。A门4成(DOoTRRh1,我WW(RoofAssemb1.y):14JJ个jKC.(1.uggageCompartmentmtDeckhd)1.4 白车身焊接工艺白车身焊装工艺是汽车制造关键工艺领域之一.如前所述,一般一个汽车白车身一般由300500个灾杂的银金件经过5575个工位组成,在制造中一般需要17002500个定位器具和4005000个焊点。根据车身焊接的自动化要
15、求,合理规划焊装线的布局和工位划分.焊点的合理分配,节拍平衡,保证无漏焊、重复焊接及确保生产节拍是白车身工艺规划的重点和难点。白车身工艺规划的特点主要有以下三个方向:(1)减少焊点数量,使用先进的焊接工艺(如中频焊接和激光焊接)保证和提高车身的焊接质量,提高生产率:(2)焊装线的工艺设计及优化是保证焊装节拍和白车身的整体质殳重要途径,国外己经实现白车身焊接工作量的90%以上由机器人完成:1.1 数字化验证技术是保证机罂人焊装线设计质量和工艺规划可行性的必要手段。为了保证设计质量,要求超过95%的实际制造过程被模拟和仿真,从而缩短调试与试运行时间。点焊是白车身制造过程中使用最多、应用最广的一种焊
16、接方法,白车身的上千个焊点均是通过点焊连接,白车身就是一个典型的点焊结构件。点焊是电阻焊的一种,其原理是大电流通过板件时,利用板件间的电阻产生电阻热熔化金属。电阻焊的电阻分为物体间的接触电阻和板件内部电阻两类,这两部分电阻在点焊时起着不同的作用。接触电阻的形成机制是焊钳加压时#绝对光滑的零件表面形成的个别点接触很好而其他接触不良的情况,电流优先通过接触好的点,导电面积减小,电流线弯曲收缩,电流阻尼增大,产生电阻热。影响接触电阻的因素主要是零件表面、点焊压力和焊件温度。零件表面存在油污或领化物时会严重阻碍电流通过,接触电阻显著增加:压力越大则接触面积增大,接触电阻越小:焊件温度越高,则金属强度下
17、降,接触电阻下降。接触电阻仅是在点焊初始瞬间对总热量有贡献,但占比重不大。为了避免电极过热缩短寿命并烧坏板件,需要尽量减小电极与板件的接触电阻RI、M的值。因此,焊钳电极需周期性打磨以消除电极表面的焊渣和氧化物。同时,电极采用循环水冷却方式.点焊的过程可分为预压、焊接、锻压三个阶段预压是指从电极接触板件并开始加压到开始通电为止的这段时间。板件预用是绐板件个垂直于板件表面的压力消除板件间隙。预压力的大小根据板件厚度、状态和性质等条件选择,预压在焊接时形成封闭的塑性环防止飞溅。压力不足时会造成板件间接触电阻过大而烧坏板件。焊接是点焊过程中实现板件连接的最亟要的阶段,是指在预压后通电形成大电流I可路
18、,使板件熔化形成熔核。通电时间也是有严格的限制,时间太长或太短都会影响焊接强度1通电时间常用“周波”为单位,对于工领50HZ的电源来说,周波相当于0.02s。锻压是通电完成后熔核冷却结晶时电极仍继续加压的阶段。锻压力大小的选择应大于板件刚度以确保熔核结晶能在中心彼此成长,形成牢固的焊点。锻压力的时间也不宜过早或过迟,否则会产生喷射飞溅或锻压力无效。完成这三个点焊过程后,电极松开并移至下一个焊点位置进行循环。在饵接过程中若通电过急板件还未形成封闭环时内部金属就已气化,或熔核扩展速度过快.或熔核轴向增长过高破坏了封闭的鳖性环时,会造成飞溅。飞溅使液化的金属减少,在表面形成凹坑,严重影响焊点的连接强
19、度和表面质量,飞溅的金属冷却后形成飘浮物和焊渣,污染劳动环境。1.5 弧焊工艺早在1801年英国人Davy发现电弧放电现象,产生了早期的弧焊:1885年的碳弧焊用金属电极代替了碳电极:20世纪初,瑞典人实现焊条进行弧焊;20世纪30年代美国人开发了埋弧焊技术并实现了连续送丝。弧焊的焊接热能由电弧产生,母材被连接的局部位羽.熔化再结晶形成一体的焊接方法。电煎焊产生高温在空气中公产生金属氧化物影响焊接件质量,所以弧焊通常采取保护措施,较常用的是使用保护气体,依靠保护气体的不同可分为CO2保护煤熔化极惰性气体保护焊(VIG)、熔化极混合气体保护焊(MAG)、铝极氨孤焊(T1.G)等,按采用的电极类里
20、可分为熔化极气体保护焊和非熔化极气体保护焊,按焊丝类型叫分为实芯焊丝气体保护焊和药芯焊丝气体保护焊等。其中,C02气体保护焊是在白车身焊接使用较多的焊接方法,一套C02气体保护焊系统一般包含:焊接电源、控制系统、送丝机构、焊炬、保护气供气系统等设备.它具有如下特点:(1)其焊接的侦任和生产率高。焊接时,焊丝和电流根据需要加工的板件厚度进行选择,厚板焊接时用相焊丝、大电流以加大焊丝的熔化速度和熔深,薄板焊接时使用细焊丝、小电流以实现熔滴短路过渡、电弧对工件间接加热,降低工件热能吸收并减小焊接变形,缩短了焊接后的校正时间,提高效率。(2)焊接的成本低.气体保护饵的成本消耗主要体现在两个方面:焊丝成
21、本和保护气体的成本C02保护焊焊丝便宜,C()2保护气成本也较其他焊接方式的保护气成本低很多,得到普遍应用。(3)焊接能耗低。对相同材质、相同厚度和相同长度的焊缝的焊接能耗上,C02气体保护焊相对于焊条电弧焊和TIG焊具有熔化效率高、焊接速度高从而节省能源,成本仅为手工电弧焊和埋弧岸的30%,60(4)应用范围较广,焊接质量相对较好.C02保护焊的应用范围不仅体现在对各种行业、复杂零件形状的适应性较好,而且在世界各地都可以广泛应用.IICO2保护焊焊缝抗裂性能好,对工件表面的杂侦(油、水或锈等)不敏感,较容易实现自动化焊接。C02气体保护焊对于低碳钢和低合金钢等黑色金属焊接件外的其他非铁金屈焊
22、接适用性较差,且因C02保护焊的热能输入海,易产生零件变形。C02保护焊有两种熔滴过渡形式:短路过渡的短弧焊和非轴向颗粒状过渡的长弧焊。因短弧焊是电弧将焊丝熔化形成熔滴接触零件形成短路,这种方式时薄板件的热量输入(heatinput)不易损坏板件痂量,所以在车身焊接中常用短路过渡的C02焊接方式。C02气体保护焊之所以在白车身焊接中得以广泛应用除了上述优点外,其操作的便利性、汽车覆盖件更杂曲面焊接的适应性使之与点焊焊接工艺形成互补。由于车身冲压件通常存在误差、变形以及板件定位精度的问题,焊维轨迹的空间位置通常不是稳定的.采用机器人自动孤饵时,需加装激光跟踪传感器实时检测焊缝位置,并格误差反馈至
23、机器人控制器重新对轨迹进行校E因此采用机器人自动邨焊的成本大大增加,故车身弧焊多以手动操作。1.6 凸焊工艺凸焊也是电阻焊的一种,它的焊接原理与点焊基本一样,主耍用于饵接如螺母、垫片等小零件。凸焊件上有为了保证接触良好而预先加工的凸点。凸焊的条件与点焊类似,需要较大的压力和电流。凸焊件与板件的接触面枳集中在凸点上,所以凸点接触压力和电流密度都相应提高,电流在凸点处产生高热量使凸点熔化。因为凸焊件多为标准件,可使用凸焊机提高生产效率。1.7 其他先进焊接工艺激光焊接是采用激光聚能产生的热量熔化并限充金属的焊接方法,它的能量密度很高,热能输入小,焊接变形小,熔化区和热影响区窄,并得到较深的熔深。激
24、光焊接因为能量聚集且热能输入少,所以冷却速度快,得到组织微细的焊缝,焊接性能好激光焊接对板件的搭接边无要求,且是第面焊接,无需额外增加焊接设备,避免干涉。激光饵接速度快、适应性强、可靠性高、易于实现自动化,在焊接效率、精度、效果上都比传统焊接有很大的优势。激光焊接的设备成本较高,对板件的搭接位置精度和板件厚度要求泮格.为提高激光焊接效果,通常将激光与电弧复合使用,形成激光纪合焊接,这种焊接是将激光与电弧的能量同时作用于焊接位置以提高焊接综合性能,激光热丝钎焊是更合焊接方式之一,可实现对镀锌板的焊接。在轻量化车身制造中对铝板的焊接也使用激光豆合焊接技术,以蝌加熔深,提高焊接效率及焊接性能(图3)
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