石 玫，袁曉波，劉毓文，譙 波，王 輝

（中國第一汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，吉林 長春 130011）

0 引言

目前，汽車行業(yè)在國內(nèi)正處于高速發(fā)展階段，國內(nèi)各大車企之間競爭異常激烈，新車研發(fā)周期日益縮短。試制作為汽車研發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，如何在短時(shí)間內(nèi)提供高質(zhì)量的產(chǎn)品逐漸成為一個(gè)重要的課題。儀表板橫梁焊接總成是汽車內(nèi)飾中最重要的總成之一，它是由管梁和支架焊接而成的，由于其上裝配關(guān)系眾多，因此精度要求很高。本文詳述了檢具設(shè)計(jì)和總成制造過程中需關(guān)注的要點(diǎn)。

1 檢具的用途、種類及組成

用途：檢具是工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)用于控制產(chǎn)品各種尺寸（例如孔徑、空間尺寸等）的簡捷工具，以提高生產(chǎn)效率和控制質(zhì)量。

種類：在汽車行業(yè)中，檢具通常劃分為：零件檢具、分總成檢具和車身總成檢具。

組成部分：通常情況下，檢具由如下幾部分組成：底板部分、支撐部分、定位裝置、夾緊裝置、測量裝置和輔助裝置等，如圖1所示。

圖1 組成部分

1.1 定位原則

檢具的定位是基于 “321”原則，即通常所說的點(diǎn)-線-面，但是在實(shí)際零件檢測中，不可能存在真正的點(diǎn)和線，故而通過單位面進(jìn)行逼近，單位面的大小和數(shù)量視檢測零件的大小和剛性而定，例如，檢測保險(xiǎn)杠等剛性較差零件時(shí)，第一基準(zhǔn)的單位面一般多于三個(gè)。如圖2所示，物體在三個(gè)方向被完全約束；此外，檢測時(shí)應(yīng)考慮被檢測零件重力因素對(duì)檢測結(jié)果的影響，應(yīng)盡量選擇零件的重心平面作為第一基準(zhǔn)面，以便零件在重力的作用下與基準(zhǔn)面接觸。

圖2 “321”原理示意

1.2 術(shù)語

車身坐標(biāo)系：車身坐標(biāo)系是整車設(shè)計(jì)的唯一坐標(biāo)系，通常由整車總布置給定，檢具設(shè)計(jì)中通常采用被檢測零件的車身坐標(biāo)系，以精確模擬零件在裝車情況下的狀態(tài)，但是在特殊情況下，如為了方便零件檢測，可以旋轉(zhuǎn)零件，但是只允許選擇90°的整數(shù)倍進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

R＆R 重復(fù)性和再現(xiàn)性：R＆R 重復(fù)性和再現(xiàn)性（Repeatability＆Reproducibility）是考查檢具檢測的穩(wěn)定性，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：①R＆R＜10%，可以接受；②10%≤R＆R≤30%，可能可接受，視被檢測件重要程度而定；③R＆R＞30%，不可接受，必須整改。

2 檢具的設(shè)計(jì)

2.1 輸入信息

下面以某車型儀表板橫梁焊接總成檢具設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。檢具設(shè)計(jì)前需要的輸入信息包括產(chǎn)品圖紙（見圖3），產(chǎn)品圖紙需要包含的信息有定位基準(zhǔn)、安裝情況、檢測位置及相關(guān)的尺寸公差、位置度等等。

圖3 儀表板橫梁焊接總成產(chǎn)品圖紙

如圖3所示，該圖紙通過RPS點(diǎn)的形式對(duì)上述信息進(jìn)行了說明。在輸入信息完備的情況下，檢具設(shè)計(jì)人員需要了解該總成的檢測要求和KPC（關(guān)鍵產(chǎn)品特性）情況，并構(gòu)想如何實(shí)現(xiàn)。

2.2 3D設(shè)計(jì)

圖4 定位機(jī)構(gòu)示意

銷尺寸計(jì)算：通過閱讀產(chǎn)品圖紙，該總成的定位基準(zhǔn)情況為：左右支架上的平面和孔控制X 向和Z 向，管梁中部圓孔控制Y 向，位置度均為0，考慮尺寸公差，采用最大實(shí)體原則，故檢具上定位銷的直徑和理論數(shù)模一致。

對(duì)于檢測銷尺寸確定，以該總成中一處孔為例，該孔尺寸要求為φ5.5 ±0.2，位置度為1，采用最大實(shí)體原則，直徑D=額定孔最小直徑-位置度公差，即D=5.5-1=4.5。檢測孔尺寸確定，直徑D=額定銷最大直徑+位置度公差。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：①底板設(shè)計(jì)。檢具底板是整個(gè)檢具的基礎(chǔ)，整個(gè)檢具的基準(zhǔn)坐標(biāo)設(shè)置其上，并且穩(wěn)定性直接關(guān)系到檢具的精度，其上需設(shè)有起吊環(huán)，底面需設(shè)計(jì)合理的離地高度，方便叉車搬運(yùn)，臺(tái)面上刻0.5mm 寬的車身百位基準(zhǔn)檢測標(biāo)識(shí)線；臺(tái)面尺寸需保證檢具上的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)打開后不落于臺(tái)面外；②定位系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)產(chǎn)品圖紙信息，控制Z 向的主定位采用圓銷，控制Y 向的采用兩方位的菱形銷，控制X 向的銷配合塑料套使用，防止檢測時(shí)劃傷零件，見圖4；③輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。為方便檢測，此套檢具采用了翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和滑動(dòng)檢測銷的結(jié)構(gòu)形式，見圖5。

材料選擇：為保證精度，同時(shí)根據(jù)檢具各部位的功能特點(diǎn)，該檢具選擇的材料有鑄鋁、45 鋼、不銹鋼。

圖5 輔助機(jī)構(gòu)示意

2.3 檢具附屬文件制作

檢具附屬文件主要包含檢具圖紙、檢具測量計(jì)劃書、檢具使用說明書三部分。檢具圖紙包含單件圖、分裝圖和總裝圖，主要由制造部門使用。檢具測量計(jì)劃書主要由檢測人員使用，方便檢測人員快速理解檢具需檢測的部位和精度要求。

檢具使用說明書主要由產(chǎn)品檢測人員使用，方便檢具使用人員快速了解檢具的使用方法及相關(guān)保養(yǎng)措施。

3 檢具制造

檢具制造應(yīng)嚴(yán)格按照主機(jī)廠的制造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工制造，如必須對(duì)底板進(jìn)行失效退火處理，消除內(nèi)應(yīng)力，保證底板的平面度、平行度、粗糙度、垂直度等要求；測銷檢測部分進(jìn)行淬火處理。

檢具的局部表面要按照要求涂漆。檢測銷在底板上要有合理的擺放位置和標(biāo)識(shí)，末端要有細(xì)鋼絲繩固定，防止檢測銷遺失。檢具的滑動(dòng)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)要能平穩(wěn)的工作。檢具的基準(zhǔn)孔要安裝防塵蓋。

檢具組裝完畢后，需依據(jù)檢測計(jì)劃書進(jìn)行三坐標(biāo)檢測和調(diào)整。

4 總成焊接質(zhì)量控制

儀表板橫梁總成焊接質(zhì)量與沖壓件的質(zhì)量及焊接總成工藝制定有著密不可分的關(guān)系，每一環(huán)節(jié)控制得當(dāng)，提供匹配驗(yàn)證的數(shù)據(jù)就準(zhǔn)確、完整。

4.1 沖壓件的質(zhì)量

儀表板橫梁上搭載的沖壓件數(shù)量較多，且每個(gè)沖壓件都是整車裝配件，所以對(duì)沖壓件的質(zhì)量要求要高。這些沖壓件的精度不僅體現(xiàn)在尺寸、形狀上，更體現(xiàn)在孔位間的相對(duì)尺寸及孔位與制件搭接面的相對(duì)位置上。在沖壓件質(zhì)量控制時(shí)，需要嚴(yán)格保證以上精度。

4.2 焊接總成工藝

（1）焊接方法。 產(chǎn)品試制過程中，儀表板橫梁焊接總成一般是采用CO2氣體保護(hù)焊，其優(yōu)點(diǎn)為速度快、成本低、便于操作；缺點(diǎn)為焊接變形大、對(duì)操作人員的技能要求比較高。

（2）焊接參數(shù)。焊接參數(shù)對(duì)變形的影響不可忽視，在產(chǎn)品試制過程中，由于產(chǎn)品的品種不同，焊接工藝人員要根據(jù)實(shí)際情況制定合理的、不同的焊接參數(shù)，并且通過試焊來調(diào)整，直至產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定及合格。

（3）焊接順序。合理的焊接順序可以使焊接變形互相抵消，反之則互相疊加更為嚴(yán)重。儀表板橫梁焊接總成的共性點(diǎn)為在一根管梁上焊接多種零件，焊縫密集且不能規(guī)則分布，這使得選擇一個(gè)合理的焊接順序至關(guān)重要。

選擇焊接順序的原則為：①先焊短的焊縫，然后焊長的焊縫；②采用對(duì)稱焊接；③對(duì)于一個(gè)焊縫不對(duì)稱的零件，先焊焊縫少的一側(cè)，然后焊焊縫多的一側(cè)；④先焊薄焊縫再焊厚焊縫；⑤先焊對(duì)接焊縫再焊角焊縫。

（4）預(yù)變形。儀表板橫梁焊接總成焊接時(shí)通常使用專用的焊接夾具，這樣的固定措施為剛性固定，能有效的預(yù)防焊接變形，但有時(shí)由于零件的結(jié)構(gòu)及形狀導(dǎo)致雖然按理論數(shù)據(jù)剛性固定，焊接完畢打開夾具的時(shí)候由于殘余應(yīng)力導(dǎo)致零件變形，這時(shí)候需要采用預(yù)變形的措施，即分析變形趨勢后，提前在焊接夾具上進(jìn)行反方向預(yù)變形，這樣就能保證焊后零件的尺寸精度。

5 結(jié)論

本文以儀表板橫梁焊接總成為例，詳細(xì)介紹了檢具設(shè)計(jì)及總成制造過程中的要點(diǎn)。該檢具在控制儀表板橫梁焊接精度過程中，使用方便，效果顯著，有力地保證了整車研發(fā)項(xiàng)目對(duì)高精度儀表板橫梁焊接總成的需求。

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