汽车涂装工艺夹具柔性应用探讨

周满红 卢顺 黄泰盛

关键词：涂装;工艺夹具;柔性应用

0 引言

汽车涂装工艺夹具（简称涂装夹具）是指白车身在涂装工艺中，固定车身门盖（发动机舱盖、行李舱盖、前后侧门和油箱盖等），同时还要使车身门盖保持在一定的开度，以方便人工、机器人喷涂和涂胶作业，并保障涂装质量的一种工艺工装。涂装夹具跨越多工序生产线，使用环境复杂，安全和质量要求高。而且随着汽车涂装自动化的提高，内喷机器人和自动涂胶机器人的应用，涂装夹具还需要适用机器人自动开关门的需要。

对于汽车整车生产基地，涂装车间生产线需同时生产多款产品，有的多达十几款。而不同车型因为车身、门盖结构大小不同，铰链分布位置各异，均需要设计相匹配的涂装夹具，从而造成涂装夹具的种类多、数量大，出现装取工位夹具放置困难、员工识别困难、物流周转复杂以及车间管理难度大等问题。所以减少涂装夹具种类，提升柔性应用是车间急需解决的一个问题。

本文主要从涂装夹具种类、侧门电泳夹具柔性应用、侧门面漆夹具柔性应用、发动机舱盖面漆夹具（简称发盖夹具）柔性应用以及行李舱盖工艺夹具（简称尾门夹具）柔性应用等方面进行阐述。

1 涂装夹具种类

涂装夹具按所使用的工艺段，分为电泳夹具和面漆夹具。涂装夹具按在白车身所使用位置分为侧门夹具、发盖夹具、尾门夹具和加油小门夹具等。两者组合在一起，组合成一套典型的涂装夹具，包括前门电泳夹具、前侧门和后侧门面漆夹具（人工内喷线）、前侧门和后侧门定位夹具、前门和后门二级定位夹具（机器人内喷线）、前门和后门防碰夹具、侧门绑带、发盖托架夹具、发盖撑杆、发盖面漆夹具、尾门工艺夹具、尾门密封胶、面漆撑杆以及加油小门喷涂夹具等17 种。

当然，还存在部分特殊使用的涂装夹具，如人工喷涂裙边胶所使用的挡板、贴黑膜所使用的定位工装等。这些仅为少量产品需要，不列入典型涂装夹具清单和减少目标[1]。

2 侧门电泳夹具柔性应用

2.1 技术要求

（1）在输送过程中固定侧门，防止侧门自开与输送设备干涉。

（2）在前处理和电泳工艺段为车身门盖提供足够大的开度，以便槽液快速充分流入流出白车身，使白车身清洗干净;减少磁场屏蔽，保障电泳膜厚和质量。一般侧门开度控制在80.0 ～ 150.0 mm。门开度偏小，车身清洗不充分，影响清洗效果，出现电泳质量问题;门开度偏大，车身宽度加大，影响车型在生产线的通过性[2]。

2.2 车身结构调查

经比对和调查，不同公司基本上借用侧门锁体区域结构或门框边结构作为设计基础。调查本司不同车型锁体区域结构（图1），侧围A 处均采用M8 螺母结构，而侧门处B 值只有3 种尺寸（12.0 mm、17.0 mm 和24.0mm），这样就有了柔性设计应用侧门电泳夹具的基础。

2.3 侧门电泳夹具设计应用

侧门电泳夹具有螺栓固定型和弹性固定型2 种，因无翻转前处理工艺，为装取简单，选取了弹性固定型。侧门电泳夹具安装如图2 所示，前端采用相同的结构，后端尺寸为了降低侧门自开几率，匹配不同的车门尺寸。最初按照3 种设计，但是发现匹配12.0 mm 和17.0 mm 的夹具，实际采用1 种也是非常安全的（图3）。最后，设计了2 种侧门电泳夹具，可以满足目前公司所有车型前门和后侧门电泳工艺需要，达到了减少夹具种类的目的。

3 侧门面漆夹具柔性应用

3.1 侧门面漆夹具概况

侧门面漆夹具有转动型和限位型2 种，两者的组成和优缺点详见表1。转动型夹具常用于人工喷涂和涂胶生产线，无法用于机器人开关门盖生产线，为此开发了限位型夹具。目前公司涂装车间既有人工喷涂和涂胶生产线，也有机器人内喷生产线，所以面漆夹具需同时考虑转动型和限位型夹具方案。为了减少夹具种类，在限位型夹具成熟后，取消转动型夹具，全部采用限位型夹具。

3.2 限位型技术要求

（1）车身在输送线运输过程中，确保四门在不受外力情况下自动打开。

（2）在涂胶面漆等操作段（含人工或机器人），为侧门提供一定开度，以防止门盖关闭时出现胶或面漆碰伤。

（3）控制四门与车身主体之间的开度，以提高车身与四门在静电喷涂过程中整体漆膜均匀性，减少四门边缘部位肥边，提升面漆感知。通常，四门与车身的开度控制在10.0 ～ 20.0 mm，门开度小于10 .0 mm，容易出现碰伤问题;门开度大于20.0 mm，面漆仿形难度加大，容易肥边，影响感知。

（4）門打开至最大时，能稳定停住，方便人或机器人操作。

3.3 二级定位夹具设计应用

本夹具参照总装的侧门限位结构设计，在门打开至最大时，门能稳定停住，方便人或机器人操作;在门为关闭状态时，侧门在输送过程中不能自开。图4 为二级定位夹具开关门应用截面图示，关门时使用夹具上的关门夹紧区，开门时使用夹具上的开门夹紧区，夹具的尺寸与关联的车身结构尺寸有密切关系。

为了柔性设计应用本夹具，调查测量了本司所生产的多款产品车身结构数据A、B、C、D 值（图5），数据见表2。

从表2 可知，A 均为M8 螺母，B 值均为54.0 mm，这2 个尺寸决定二级定位器夹具的安装可以统一。C 值代表不同车型关门状态的尺寸，关联夹具关门夹紧区，所统计的20 个数据在11.1 ～ 12.5 mm，有1.4 mm 的波动，需要夹具关门夹紧区柔性1.4 mm 以上。D 值代表不同车型开门至最大角度时的尺寸，关联夹具开门夹紧区，所统计的20 个数据在89.3 ～ 124.1 mm，有34.8 mm 的波动，需要夹具关门夹紧区柔性35.0 mm 以上。

为此，本司设计了一种新二级定位夹具（图6），设计对应夹具开门夹紧区和关门夹紧区尺寸。之后在极端车型上进行模拟分析，可行，最后在不同实车试装验证，完全可行。

3.4 防碰夹具应用

防碰块夹具一般安装在B 柱或C 柱， 主要是把门撑开10.0 ～ 20.0 mm，防止侧门碰伤侧围。为了柔性，设计了一款通用型防碰夹具（图7），可用于所有车型。

4 发盖面漆夹具柔性应用

涂装工艺过程中，需要把发盖举起和放下，此时，发盖是洁净的，或喷有油漆，或有涂胶。人员不能直接接触发盖，所以需要设计发盖面漆夹具，用于解决以上冲突。从受力分析，为了举盖省力，夹具应该设计垂直转动轴且与发盖质点共面。再考虑安装夹具需要螺母或方孔等结构，只有安装了发盖锁体区域的车身结构满足以上条件。对比不同的车型，发盖锁体区域车身结构大致有两种情况[3]。

第一种为锁体通过螺栓固定在发盖内板上（图8），内板上有2个螺母孔和定位孔，发盖面漆夹具借用此结构设计。而且对于以后所有新产品，如果设计部门定义发盖锁采用同一把，则在产品设计工艺评审阶段，要求锁体对应的车身结构与之前的产品一样。这样发盖面漆夹具也能用于此产品，从而减少夹具种类。

第二种为发盖锁体安装在前车体区域，发盖内板区域有”U”型锁扣杆（图9），发盖面漆夹具借用此结构设计。而且对于以后所有新产品，在产品设计工艺评审阶段，如采用”U”型锁扣杆结构，则要求设计部门把”U”型锁扣杆尺寸做成一致，就能沿用现有发盖面漆夹具，从而减少夹具种类。

综上，设计了2种发盖面漆夹具，能用于95% 以上的产品，减少了夹具种类。

5 尾门工艺夹具柔性应用

对于尾门工艺夹具，借用安装尾门锁区域车身结构来设计和安装。对比不同的车型，尾门锁体区域车身结构大致有2 种情况，按照对应的产品结构，设计了2 种对应的工艺夹具（图10 ）。同时，在新产品设计工艺评审阶段，仔细评审数模结构，模拟装配现有工艺夹具，确保工艺夹具能用于新产品。

综上，设计了2种尾盖工艺夹具，能用于95% 以上的产品，减少了夹具种类。

6 结束语

从上可知，侧门电泳夹具、侧门面漆夹具、发盖面漆夹具和尾门工艺夹具4类共8种柔性夹具可以应用于绝大多数产品。前期在机器人内喷线使用，效果很好，再推广到了所有人工内喷线。再者侧门绑带本来就适用于所有车型。所以涂装线所生产的多款产品，在17 种典型涂装工艺夹具中，12 种夹具可选用以上8 种柔性夹具代替。

由于不需要开发匹配的涂装夹具，从而大幅减少了夹具的种类，生产线放置、員工识别、物流周转以及车间管理等也都有较大提升。而且，对于生产线新投入的产品，也可适用。新涂装夹具开发数量的大幅减少，节约了成本，提升了效率。