吳焱杰

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

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淺析提升試制階段白車身功能尺寸精度的方法

吳焱杰

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：車身功能尺寸精度水平是體現(xiàn)白車身制造水平的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，特別是試制階段白車身功能尺寸精度對新產(chǎn)品驗證至關(guān)重要，它直接影響后續(xù)整車裝配驗證，如：異響評價、性能評價、車內(nèi)風(fēng)噪評價及部件裝配評價等。如何在試制驗證階段有效地提高車身功能尺寸符合率，更好地滿足后序產(chǎn)品驗證需求，一直是產(chǎn)品試制驗證人員追求的目標(biāo)，文章就如何提升試制階段白車身功能尺寸精度進(jìn)行簡要闡述。

關(guān)鍵詞：白車身；功能尺寸；RPS

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.030

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-83-04

1、影響白車身功能尺寸精度的因素

白車身的焊接工藝非常復(fù)雜，通常由300～500個沖壓件組成，在近100個工位的總成及分總成生產(chǎn)線上大批量、快節(jié)奏的焊接而成，其中裝夾定位點多達(dá)2000～2500個，焊點多達(dá)4000～5000個。同時，車身焊接為多層次、多環(huán)節(jié)及工序復(fù)雜的生產(chǎn)過程，影響車身尺寸精度的因素很多，包括了從產(chǎn)品設(shè)計、工裝夾具設(shè)計、車身沖壓件精度、沖壓件匹配焊接變形及人為操作等多個方面，如圖1所示：

圖1 尺寸精度影響因素

上述因素帶來的偏差在焊接過程中不可能完全消除，隨著焊接過程的進(jìn)行，這些偏差不斷傳播、積累和疊加，并最終影響到白車身總成的功能尺寸精度。提升白車身功能尺寸精度，首先要對尺寸偏差的原因進(jìn)行分析，而這些原因分析離不開對車身沖壓件、工裝夾具設(shè)計評價，焊接工藝設(shè)計等。

2、車身功能尺寸開發(fā)

車身功能尺寸是為在車身試制全過程中保證、檢驗和控制車身裝配質(zhì)量，以測點之間相對計算形式規(guī)定的一系列尺寸。功能尺寸從制造尺寸中提取出來，或通過某種相對計算形式直接反映車身制造過程中重要的裝配關(guān)系，以分級控制的形式對車身裝配質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)控制。車身功能尺寸分為基準(zhǔn)功能尺寸、產(chǎn)品功能尺寸和控制功能尺寸。通過車身功能尺寸評價簡化數(shù)據(jù)處理，濾除定位等無關(guān)因素影響，簡化測點公差設(shè)計。

圖2 零部件質(zhì)量控制示意圖

2.1 白車身功能尺寸開發(fā)

白車身試制階段，工裝夾具相比量廠階段其夾具數(shù)量偏少、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且柔性較高，但試制階段的白車身關(guān)鍵功能尺寸與量廠階段白車身功能尺寸精度要求一致，為確保試制階段白車身功能尺寸精度達(dá)成，在工裝夾具設(shè)計之初，明確白車身各系統(tǒng)關(guān)鍵功能尺寸及目標(biāo)并作為車身工裝夾具設(shè)計輸入。

圖3 車身功能尺寸分布示意圖

表1 車身功能尺寸數(shù)據(jù)信息

2.2 簡易工裝開發(fā)

針對試制階段，白車身工裝夾具缺乏問題，可以通過自主開發(fā)簡易工裝，確保車身關(guān)鍵功能尺寸精度達(dá)成。如：我公司某車型副車架在裝配過程中出現(xiàn)困難，主要原因是車身上副車架安裝缺乏工裝約束，導(dǎo)致整個副車架安裝功能尺寸偏差，通過對車身副車架硬點數(shù)據(jù)（如表2）進(jìn)行轉(zhuǎn)化，同時對車身副車架安裝螺柱檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如表3：

表2 某車型車身副車架安裝點硬點數(shù)據(jù)

表3 某車型車身副車架安裝點檢測數(shù)據(jù)

通過對功能尺寸檢測數(shù)據(jù)及現(xiàn)有工裝分析，在機(jī)艙總成焊接時，增加對副車架安裝螺柱Y方向約束，以提升車身副車架安裝螺柱尺寸精度。

圖4 簡易工裝在車身尺寸精度控制上應(yīng)用

通過自主設(shè)計、制作簡易定位工裝，保證車身重要功能尺寸實現(xiàn)，表4即為優(yōu)化后車身副車架安裝螺柱功能尺寸精度，所有尺寸偏差控制在±1.5mm以內(nèi)。

表4 某車型優(yōu)化后車身副車架安裝點檢測數(shù)據(jù)

3、工藝及工裝夾具設(shè)計

3.1 合理的工序設(shè)計

鈑金件之間的焊接關(guān)系主要可以分為對接(buck joint)和搭接(1ap joint)，如圖5和圖6所示。

圖5 鈑金件焊接時對接結(jié)構(gòu)

圖6 鈑金件焊接時搭接結(jié)構(gòu)

對接對鈑金件尺寸精度要求高，無法吸收鈑金制造偏差。搭接則恰好相反，它會提供一個誤差的消除面，即所謂的滑動平面。為提升車身尺寸精度，一般會盡量多地采用滑動平面以提高工藝性，如前后地板的搭接等。但是，有些情況下必須采用對接，這時合理的工藝安排就可能避免因不必要的公差積累造成的裝配困難和對車身尺寸精確性的影響。圖7為我公司某車型的后車架部分，l和4、3和5都為對接形式，無法吸收y向鈑金公差，如果先將1、2和3件焊接成總成，則其在y向的公差積累就會對左右縱梁的y向尺寸造成影響，所以最好將先1和4、3和5焊接好，而2和1、2和3為：搭接形式，能夠吸收y向公差積累。

圖7 后車架部分結(jié)構(gòu)

3.2 合理焊接工藝，減小焊接變形

不同的焊接工藝對鈑金件焊接變形影響因素不一，在白車身試制階段，應(yīng)合理編排工藝，以減少焊接變形對車身尺寸精度的影響，以下是幾種有效減小焊接變形的方法。

1）焊接方法選擇。由于電阻焊為內(nèi)部熱源，加熱集中、熱影響區(qū)小以及容易獲得優(yōu)質(zhì)接頭，可以減小車身焊接變形，因此近可能采用電阻焊。

2）設(shè)備選擇。機(jī)器人焊接不僅能使車身焊接時焊點均勻和點焊順序穩(wěn)定，而且能提高焊接速度；中頻焊機(jī)可以替代工頻點焊機(jī)的所有焊接T位，針對一些普通二頻點焊機(jī)無法達(dá)到焊接要求的特殊工位，如：需要大電流和短時間焊接的工位等，中頻逆變焊機(jī)能達(dá)到焊接要求。因此采用先進(jìn)焊接設(shè)備。

3）工藝控制。在產(chǎn)品生產(chǎn)的一系列過程中都必須制定明確的焊接工藝文件，并嚴(yán)格按照焊接工藝文件的要求控制車身焊接變形。

4）焊接參數(shù)的控制。需對焊接工藝參數(shù)（焊接電流、電壓、電極壓力和電極工作端面等）進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3.3 工裝夾具的設(shè)計與優(yōu)化

工裝夾具的設(shè)計是白車身尺寸精度提升的基礎(chǔ)與保障，特別是基準(zhǔn)選擇，一定要遵守RPS系統(tǒng)的要求外，同時還應(yīng)重點關(guān)注工裝對車身關(guān)鍵功能尺寸控制是否有效。

3.3.1 設(shè)計基準(zhǔn)

焊接夾具的定位基準(zhǔn)與產(chǎn)品設(shè)計基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)應(yīng)重合，這樣可以消除由于基準(zhǔn)不同而產(chǎn)生的尺寸誤差，簡化裝配協(xié)調(diào)關(guān)系，提高焊接夾具的裝配精度。通過保證夾具定位機(jī)構(gòu)的精度及一致性，實現(xiàn)高車身精度。

3.3.2 制造精度

夾具制造精度應(yīng)達(dá)到設(shè)計要求，在車身試生產(chǎn)前要對夾具進(jìn)行調(diào)試，檢驗夾具能否保證焊接精度，對夾具與零件的協(xié)調(diào)性進(jìn)行評定。

3.3.3 沖壓件匹配精度

應(yīng)保證與車身匹配相關(guān)的零件尺寸精度，特別是裝配孔、裝配面和定位孔的尺寸必須用夾具嚴(yán)格控制，因為車身焊接時的變形往往造成這些部位的尺寸偏差。在夾具制造精度得到保證的前提下，還需要考慮對重要定位銷、面的熱處理和生產(chǎn)維護(hù)。同時在夾具設(shè)計時還應(yīng)注意以下幾點：

（1）充分考慮焊鉗的焊接通道：進(jìn)行焊接仿真分析，保證關(guān)鍵定位焊點的焊接，盡量避免夾具松開后補焊。

（2）校核氣缸末端作用點壓力：防止因氣缸壓力不足造成鈑金件之間間隙過大，從而影響鈑金件之間匹配精度，影響車身尺寸精度。

假設(shè)某夾具及載荷總重量為m, 摩擦因數(shù)為μ，首先計算氣缸所需驅(qū)動力F為：

F=μm

當(dāng)空氣壓力P =4kg/cm2，氣缸使用效率β=0.7 時，則氣缸的最小有效半徑為D2≥4F/πβP

根據(jù)以上計算，查手冊選取氣缸，再驗算氣缸回程時的驅(qū)動力F1：

F1=π/4β(D2 -d2)P

式中d——氣缸推力桿的直徑, 必須滿足F1≥F。

4、合理的定位基準(zhǔn)的選取

為了避免基準(zhǔn)傳遞誤差，焊裝夾具定位基準(zhǔn)的選取必須嚴(yán)格遵守RPS系統(tǒng)的要求，RPS是就是規(guī)定一些從開發(fā)到制造、檢測直至批量裝車各環(huán)節(jié)所有涉及到的人員所共同遵循的定位點及其公差要求。RPS的選取必須遵守以下原則：

（1）基準(zhǔn)點的通用性必須體現(xiàn)在所有制造、裝配、檢驗和安裝工序中。對于獨立的功能范圍來說(如側(cè)面板一油箱蓋)允許通過將功能尺寸與RPS平面建立聯(lián)系來進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。

（2）在開始設(shè)立基準(zhǔn)點的過程中，必須盡可能考慮基準(zhǔn)點的通用性，

并盡可能保證RPS點無論在總成還是在單件中都能方便地進(jìn)行測量。

（3）基準(zhǔn)點必須定位在零部件的穩(wěn)定部位上，這些部位即使在后續(xù)開發(fā)和(或)生產(chǎn)過程中也不會發(fā)生變化。

（4）確定基準(zhǔn)點系統(tǒng)應(yīng)該遵循由大總成基準(zhǔn)向小總成基準(zhǔn)最后到單位基準(zhǔn)的確定原則。

（5）為保證車身在行駛操作中能夠相對運動的零部件具有穩(wěn)定性，其基準(zhǔn)點只可定在符合3-2一l法則的設(shè)計位置處。有些零部件，安裝于汽車多個位置，并因此與整車坐標(biāo)網(wǎng)格具有多重關(guān)系，則對這些零部件的RPS點可以標(biāo)注在工程圖上而無須表示整車的坐標(biāo)關(guān)系。

5、小結(jié)

綜上所述，通過對白車身功能尺寸影響因素分析，掌握了影響試制階段白車身功能尺寸精度主要因素，本文主要以白車身功能尺寸為切入點，通過對焊接工藝、工裝夾具設(shè)計及定位基準(zhǔn)選擇等分析，車身精度的提升是個系統(tǒng)工程，僅靠品質(zhì)管理人員的努力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，從設(shè)計階段到生產(chǎn)階段，從零部件供應(yīng)商到整車四大工藝，從零件單件品質(zhì)到車身零件配合精度，從各工序的過程控制到總成件的綜合分析，需要全員參與才能達(dá)到最終的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 武萬斌等，白車身開發(fā)過程中焊接精度控制［J］.汽車工程師，2012,3:42.

[2] 王國勇，高曉飛.2013年中國汽車工程學(xué)會年會論文集［C］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2013:1055.

An Analysis of the Method of Improving the Accuracy of the White Body Function in the Stage of the Development Stage

Wu Yanjie
( Anhui Jiang Huai Automobile Corp Technical Center, Anhui Heifei 230601 )

Abstract:Body function size accuracy level is reflected BIW manufacturing level of an important measure, especially the trial stage of body in white function dimension accuracy is of great importance to new product verification, it has a direct impact on subsequent vehicle assembly verification, such as abnormal sound evaluation, performance evaluation, endogenous wind noise evaluation and components assembly evaluation. How in the prototype stage effectively improve body function size coincidence rate, better meet the sequence of product validation requirements, has been product prototyping and verification personnel in pursuit of the goal. In this paper, how to enhance trial stage white body function size precision are briefly described.

Keywords:body; Function size; RPS

作者簡介：吳焱杰，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心乘用車研究院。

中圖分類號：U463.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-83-04