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        車(chē)身焊接過(guò)程誤差產(chǎn)生的原因及控制分析

        2010-02-20 07:43:04童偉昌
        裝備制造技術(shù) 2010年6期
        關(guān)鍵詞:夾具基準(zhǔn)車(chē)身

        童偉昌

        (上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司整車(chē)制造部,廣西柳州545005)

        車(chē)身裝焊誤差產(chǎn)生的主要因素,有產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝夾具設(shè)計(jì)和維護(hù)、零部件尺寸穩(wěn)定和人為操作過(guò)程等4個(gè)方面。本文主要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝夾具設(shè)計(jì)和維護(hù)、零部件尺寸控制這3個(gè)方面進(jìn)行闡述,并結(jié)合上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司的實(shí)際情況進(jìn)行具體分析。

        1 白車(chē)身裝焊誤差產(chǎn)生的原因分析

        1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面

        目前,五菱公司的很多分總成零件,都是由不同的零件拼焊而成(如表1所列)。由于這些零件自身的制造誤差、拼臺(tái)誤差等難以避免,就造成裝配過(guò)程中出現(xiàn)更大的疊加誤差。另外,過(guò)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和型面設(shè)計(jì),也是誤差產(chǎn)生的一個(gè)重要原因。

        表1 由零件拼焊而成的總成零件實(shí)例表

        1.2 工裝夾具方面

        工裝夾具是保證車(chē)身焊接裝配精度的最重要因素。焊接夾具的作用,是保證所屬焊接零件之間的相對(duì)位置和焊接的尺寸精度,減少焊接過(guò)程中的變形,提高生產(chǎn)效率。焊接夾具主要由定位裝置、夾緊裝置以及夾具底座構(gòu)成,零件放置、裝夾(定位和夾緊)、焊接和取出構(gòu)成了整個(gè)焊接的過(guò)程。在焊接夾具調(diào)整、使用和維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié),都存在產(chǎn)生誤差的因素。

        (1)夾緊方式的影響。零件的夾緊方式,一般采用氣動(dòng)夾緊和手動(dòng)夾緊兩種。采用氣動(dòng)夾具,生產(chǎn)效率高,避免因夾不到位或漏夾而造成焊接的誤差大;手動(dòng)夾緊效率低,僅適用于用于一些輔助的夾緊。但在汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)里,采用手動(dòng)夾緊的焊接夾具還很多,而且?jiàn)A具失效、廢棄不用的現(xiàn)象也普遍存在。在裝夾過(guò)程中,夾緊的順序很重要,一般是下面的零件先壓緊,上面的零件后壓緊;重要的零件和主要定位先壓緊,非重要的零件和次定位后壓緊。但在生產(chǎn)中,使用焊接夾具進(jìn)行焊接操作時(shí),存在工人不能完全按標(biāo)準(zhǔn)化正確地掌握夾具的使用方法、要求以及為了使用方便等原因,難免存在夾具使用不當(dāng),造成零件定位不準(zhǔn)或壓緊不到位等現(xiàn)象,導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。有的夾具在壓緊時(shí),壓緊裝置的壓塊把零件壓變形或壓不到零件。這很大程度上嚴(yán)重影響了車(chē)身的裝焊質(zhì)量。另外還有一方面,就是不用焊接夾具,直接用手扶正來(lái)焊接,如前門(mén)鉸鏈加強(qiáng)板的焊接,將零件放在前門(mén)內(nèi)板,對(duì)齊鉸鏈的孔點(diǎn)焊,這就容易造成鉸鏈相對(duì)位置變化,以至前門(mén)難調(diào)整。這些都是在使用上造成焊接誤差的因素。

        (2)調(diào)整或更改拼臺(tái)的影響。在焊接夾具設(shè)計(jì)出來(lái)后,由于各種原因,在拼焊零件時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,雖然查出是零件尺寸有問(wèn)題或者幾個(gè)供應(yīng)商的零件尺寸不一致,但往往零件型面復(fù)雜,不易修改模具,通常是通過(guò)調(diào)整、更改拼臺(tái)來(lái)解決問(wèn)題,如果對(duì)夾具進(jìn)行某些調(diào)整,只是應(yīng)急,零件合格后還要還原。但有的工程師把這臨時(shí)的調(diào)整當(dāng)成長(zhǎng)期措施來(lái)執(zhí)行,就造成了拼臺(tái)偏離了原設(shè)計(jì)要求,改動(dòng)越多,誤差越大。通常前面改動(dòng)了,影響后面,又將后面改動(dòng),不知又影響到哪個(gè)部位,這就造成了質(zhì)量問(wèn)題源源不斷,今天處理了老問(wèn)題,明天又來(lái)了新問(wèn)題,無(wú)法根治。

        (3)夾具定位件損壞或磨損的影響。拼臺(tái)使用久了,焊接夾具的定位部件、壓緊部件及其他與零件接觸部位的部件,在使用一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生磨損,造成定位松動(dòng),使定位誤差增大。這也是造成焊接誤差的一個(gè)因素。夾具在平時(shí)使用過(guò)程中,還會(huì)出現(xiàn)一些定位件和壓緊件的松動(dòng)、脫落、斷裂等現(xiàn)象,必須對(duì)夾具進(jìn)行及時(shí)的檢查和維護(hù)。對(duì)損壞或磨損量較大的夾具部件及時(shí)進(jìn)行更改或調(diào)整,以保證焊接夾具的精度,保證焊接質(zhì)量。但有時(shí)在維護(hù)過(guò)程中,對(duì)一些定位銷、特別是偏心銷的測(cè)量、加工存在誤差,或者更換后定位不準(zhǔn)確,也會(huì)造成誤差的產(chǎn)生。

        例如,N706車(chē)型的前保與前圍裝飾條之間的間隙過(guò)大,左右不均,主要產(chǎn)生的原因就是東部車(chē)身焊接拼臺(tái)前延伸梁固定夾具磨損嚴(yán)重、松動(dòng),在焊接時(shí)左右前延伸梁無(wú)法很好固定,產(chǎn)生了焊接誤差。經(jīng)過(guò)更換新的夾具后,此問(wèn)題已解決。

        1.3 零件方面

        (1)零件尺寸不合格,是造成焊接誤差的一個(gè)重要的原因。所謂零件尺寸不合格,是指零件尺寸不符合要求,即通常說(shuō)的零件尺寸偏差。零件的尺寸誤差,主要取決于沖壓模具的設(shè)計(jì)和制造水平。在有些情況下,零件的某些尺寸誤差對(duì)焊接所造成的影響,也可以通過(guò)調(diào)整夾具來(lái)控制。但在很多情況下,零件尺寸不合格,特別是主要尺寸不合格,都會(huì)產(chǎn)生大的焊接誤差。主要表現(xiàn)為零件無(wú)法與其他零件搭接貼合、過(guò)渡協(xié)調(diào),從而造成無(wú)法焊接;有些雖然不影響在夾具上焊接,但由于零件之間不協(xié)調(diào),雖然在夾具較大的壓緊力作用下強(qiáng)行貼合、強(qiáng)制點(diǎn)焊在一起了,但由于產(chǎn)生了較大的強(qiáng)制變形,從而產(chǎn)生焊接誤差。

        例如,LZW1010PS車(chē)型的左、右后立柱外板與左、右上邊梁外板搭接型面不合,造成搭接空離,過(guò)渡不協(xié)調(diào);6330車(chē)型左、右后側(cè)圍上內(nèi)板與下內(nèi)之門(mén)也同樣存在過(guò)渡不協(xié)調(diào)的問(wèn)題;N706車(chē)型側(cè)圍總成與地板之間的離空,焊接后造成尾門(mén)框變小,主要原因就是地板尺寸不合。

        (2)薄板沖壓件容易產(chǎn)生變形。由于薄板沖壓件彈性大,剛性小,尺寸穩(wěn)定性差,存在一定的可變形性,即使是合格的沖壓件,在運(yùn)輸、操作過(guò)程中,也很容易產(chǎn)生變形,因此要采取措施進(jìn)行控制。更重要的是,在一些汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)里,多年來(lái)習(xí)慣作法一直是以小救大,以廠外救廠內(nèi),經(jīng)常把符合圖紙的零件改到不合格圖紙,零件狀態(tài)不易控制,誤差更難以控制。

        2 焊接誤差的控制分析

        通過(guò)上述對(duì)影響裝焊質(zhì)量的主要原因分析可知,我們開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品,在正式投產(chǎn)前,必須把影響焊接質(zhì)量的因素降低到最低限度,使白車(chē)身焊接質(zhì)量得到根本提高,減少在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的裝焊質(zhì)量問(wèn)題。

        2.1 設(shè)計(jì)質(zhì)量決定產(chǎn)品的固有質(zhì)量

        (1)確保車(chē)身設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)的一致性。根據(jù)定位基準(zhǔn)傳遞一致性原則,車(chē)身設(shè)計(jì)基準(zhǔn)應(yīng)與裝配基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)重合,或者說(shuō)有裝配關(guān)系的車(chē)身相鄰結(jié)構(gòu)面應(yīng)選同一設(shè)計(jì)基準(zhǔn),這樣有利于車(chē)身匹配焊接夾具的設(shè)計(jì)和焊接精度的保證。汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)還必須通過(guò)分析車(chē)身結(jié)構(gòu)是否有足夠可進(jìn)行裝配焊接的工藝基準(zhǔn),達(dá)到車(chē)身匹配焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。

        (2)盡量采用整體沖壓件。在沖壓工藝的允許情況下,應(yīng)盡可能減少車(chē)身零件的分塊,特別是對(duì)不容易保證結(jié)構(gòu)尺寸或尺寸要求較高的結(jié)構(gòu)零件,要盡量采用整體沖壓件,如整體門(mén)框、側(cè)圍及前風(fēng)窗框等零件,以減少車(chē)身匹配時(shí)的裝配誤差和焊接變形。此外,沖壓件的結(jié)構(gòu)和形面設(shè)計(jì),裝配孔和工藝孔的安排布置及焊接的接頭設(shè)計(jì)也要合理,這樣才能很好地進(jìn)行車(chē)身匹配時(shí)的定位焊接,從而減少車(chē)身匹配焊接誤差。例如:SPARK、N200車(chē)型前后門(mén)框及側(cè)圍采用了整體設(shè)計(jì),零件簡(jiǎn)潔明了,沒(méi)有小零件的配合,直接沖壓成形,整個(gè)零件沒(méi)有焊接,也就沒(méi)有了焊接誤差,而且就整車(chē)匹配來(lái)看,這兩種車(chē)型門(mén)框與門(mén)的匹配效果非常理想:間隙小,均勻,沒(méi)有形成段差。而PN系列的車(chē)型則采用的是分塊焊接而成的前后門(mén)框和側(cè)圍總成,門(mén)與門(mén)框匹配的效果很差,間隙大,不均勻,從而產(chǎn)生產(chǎn)另外的質(zhì)量問(wèn)題:門(mén)框處易漏水。

        (3)合理考慮車(chē)身匹配焊接方法。在滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能的前提下,產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量降低板厚,焊接的接頭設(shè)計(jì)盡量采用電阻點(diǎn)焊方法,以減少焊接變形,且接頭的設(shè)計(jì)要有利于焊接操作。在滿足結(jié)構(gòu)形狀剛度和強(qiáng)度的前提下,使焊接點(diǎn)數(shù)量降到最少,以減少焊接變形。

        2.2 車(chē)身焊接夾具的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量

        車(chē)身焊接夾具是保證車(chē)身焊接精度的重要因素。

        (1)焊接夾具的定位基準(zhǔn)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、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,達(dá)到簡(jiǎn)化裝配協(xié)調(diào)關(guān)系,提高焊接夾具的裝配精度。焊接夾具通常是先按理論尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造,在生產(chǎn)過(guò)程中再根據(jù)實(shí)際需要的變形量對(duì)夾具進(jìn)行調(diào)整。為控制車(chē)身焊接變形,焊接夾具定位件結(jié)構(gòu),應(yīng)考慮方便調(diào)整車(chē)身焊接變形和焊接后收縮量的變化,夾具制造精度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        (2)注重夾具的調(diào)試。由于車(chē)身焊接夾具制造上的原因,再加上零件尺寸誤差的因素,在車(chē)身試生產(chǎn)前一般都要經(jīng)過(guò)夾具的調(diào)試,檢驗(yàn)夾具能否保證焊接精度,夾具與零件的協(xié)調(diào)性以及對(duì)零件匹配質(zhì)量進(jìn)行考核。在夾具的調(diào)試過(guò)程中,凡是發(fā)現(xiàn)影響到車(chē)身的后續(xù)焊接、整車(chē)裝配、整車(chē)外觀質(zhì)量及整車(chē)性能的重要夾具定位銷和定位塊,不能輕易地調(diào)整設(shè)計(jì)精度;實(shí)在需要調(diào)整時(shí),應(yīng)分析是否會(huì)影響車(chē)身匹配誤差,車(chē)身匹配的相關(guān)零件尺寸應(yīng)保證。特別是一些車(chē)身匹配重要零件的裝配孔、裝配面和工藝孔的尺寸,必須嚴(yán)格控制在公差范圍。值得注意的是,車(chē)身匹配的相關(guān)零件尺寸不及格,往往是由于車(chē)身焊接時(shí)強(qiáng)制變形產(chǎn)生的。要確保車(chē)身匹配質(zhì)量,車(chē)身焊接一般不希望也不允許有較大的強(qiáng)制變形。

        2.3 控制車(chē)身匹配焊接變形量

        (1)采用電阻點(diǎn)焊,防止車(chē)身焊接變形。由于電阻點(diǎn)焊為內(nèi)部熱源,冶金過(guò)程簡(jiǎn)單,且加熱集中,熱影響區(qū)較小,容易獲得優(yōu)質(zhì)接頭。但是有些焊接件的組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,接頭形式為開(kāi)敞的,電阻點(diǎn)焊焊鉗的可達(dá)性比CO2焊槍的可達(dá)性差,只能用CO2焊進(jìn)行焊接。

        (2)采用先進(jìn)焊接設(shè)備,防止車(chē)身焊接變形。國(guó)外車(chē)身焊接一般都采用機(jī)器人焊接設(shè)備來(lái)進(jìn)行車(chē)身焊接,采用機(jī)器人焊接,不僅能使車(chē)身焊接時(shí)焊點(diǎn)均勻,點(diǎn)焊順序穩(wěn)定,而且能提高焊接速度,實(shí)現(xiàn)最大限度減少車(chē)身焊接變形量。

        (3)要嚴(yán)格按照焊接工藝防止車(chē)身焊接變形。在產(chǎn)品生產(chǎn)的一系列過(guò)程中,都必須制訂明確的焊接工藝文件,并嚴(yán)格按照焊接工藝文件的要求進(jìn)行控制。只有掌握汽車(chē)車(chē)身焊接的內(nèi)在變化規(guī)律,采用先進(jìn)的焊接工藝,才能有效地控制汽車(chē)車(chē)身焊接誤差。

        2.4 功能評(píng)估(FE)

        功能評(píng)估是一個(gè)通過(guò)反復(fù)分析作出決定的過(guò)程。它提供了一種手段,根據(jù)需要,通過(guò)工程過(guò)程來(lái)調(diào)整工程技術(shù)規(guī)范。它通過(guò)零件總成、整車(chē)制造并根據(jù)外觀和功能性能,來(lái)評(píng)估零件的可接受性。有關(guān)責(zé)任人必須作出最佳決定來(lái)更改產(chǎn)品、工藝或技術(shù)規(guī)范,以獲取顧客的滿意。

        (1)功能評(píng)估的適用階段和方式。功能評(píng)估分三個(gè)階段,各階段的適用范圍和評(píng)估方式為:

        FE1——僅適用于白車(chē)身重要分總成??稍谀>吖?yīng)商處進(jìn)行。評(píng)估方式為:在分總成檢具上評(píng)估初始試模零件所拼成的分總成的可接受性。

        FE2——適用于白車(chē)身及內(nèi)外飾零件,可使用由模具供應(yīng)商生產(chǎn)的零件。評(píng)估方式為:零件拼成的整車(chē)的可接受性。

        FE3——適用于白車(chē)身及內(nèi)外飾零件,使用零件供應(yīng)商按正常生產(chǎn)工藝制造的零件。評(píng)估方式為:零件拼成的整車(chē)的可接受性。

        (2)FE的工作內(nèi)容。技術(shù)中心向供應(yīng)商提供產(chǎn)品圖紙、GD&T(形位公差圖)、數(shù)模,供應(yīng)商根據(jù)產(chǎn)品圖紙、GD&T(形位公差圖)、數(shù)模生產(chǎn)產(chǎn)品、設(shè)計(jì)檢具,將產(chǎn)品、檢具檢測(cè)數(shù)據(jù)交SQE(供應(yīng)商質(zhì)量工程師)審核,符合FE交貨要求后,交FE小組上拼臺(tái)評(píng)估零件狀況,如果零件之間配合良好,則零件、拼臺(tái)、設(shè)計(jì)均無(wú)問(wèn)題;如果出現(xiàn)配合不好,則對(duì)零件、拼臺(tái)用三座標(biāo)直行檢測(cè),查找原因,交FE小組決定是否對(duì)零件或拼臺(tái)或設(shè)計(jì)進(jìn)行更改,直至問(wèn)題解決。如此反復(fù),直至FE1、FE2、FE3三個(gè)階段評(píng)估完成。

        通過(guò)FE功能評(píng)估后,把各種焊接誤差控制在最小狀態(tài)下。在今后處理現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量問(wèn)題時(shí),便可根據(jù)FE留下的標(biāo)準(zhǔn)件去判斷是零件產(chǎn)生了誤差還是拼裝臺(tái)產(chǎn)生誤差,從而快速解決問(wèn)題,不再盲目地調(diào)拼臺(tái)或改零件,才能使汽車(chē)的拼焊質(zhì)量保持最佳狀態(tài)。目前五菱公司在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)期,都對(duì)車(chē)身進(jìn)行FE功能評(píng)估,減少了產(chǎn)品正式生產(chǎn)后可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題,提高了現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量問(wèn)題的快速處理。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        本文主要論術(shù)了汽車(chē)裝焊的內(nèi)在規(guī)律,并指出要保證良好的車(chē)身裝焊質(zhì)量,應(yīng)從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、工裝的設(shè)計(jì)和制造、工藝的制定到工裝的使用和維護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)問(wèn)題的處理、工人的操作以及零組件的尺寸保證等一系列環(huán)節(jié)和過(guò)程進(jìn)行綜合的控制。以上論點(diǎn)屬本人在白車(chē)身焊接生產(chǎn)過(guò)程中遇到和對(duì)質(zhì)量問(wèn)題處理得到的經(jīng)驗(yàn),僅供參考,水平有限,謹(jǐn)請(qǐng)指導(dǎo)。

        [1]王 政.焊接工裝夾具及變位機(jī)械性能、設(shè)計(jì)、選用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992.

        [2]王 敏,陳 林.電阻焊在汽車(chē)零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].汽車(chē)工藝與材料,1999,(11)

        [3]上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司.質(zhì)量手冊(cè)[K].柳州:上汽通用五菱質(zhì)量部,2006.

        [4]上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司.二級(jí)質(zhì)量管理文件[K].柳州:上汽通用五菱質(zhì)量部,2006.

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