宋昌銘 黃華艷 李立

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.柳州六和方盛機(jī)械有限公司，廣西 柳州 545006）

【摘 要】目前，我國(guó)汽車制造業(yè)處于快速發(fā)展階段，為提高汽車的制造水平，提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，零件的尺寸控制研究顯得非常重要。文章介紹了某車型的后部下車體總成結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)闡述零件沖壓件的回彈、變形形式及焊接過(guò)程的焊接變形及其原因，詮釋沖壓件、焊接件的尺寸控制過(guò)程、方法，以及對(duì)零件、工裝、操作過(guò)程的監(jiān)控，減少?zèng)_壓、焊接的變形量，保證零件精度，優(yōu)化車身設(shè)計(jì)，可推廣到類似結(jié)構(gòu)的其他項(xiàng)目中。

【關(guān)鍵詞】焊接變形；工裝夾具；尺寸控制

【中圖分類號(hào)】U463 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）03-0066-04

0 引言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)車市火爆異常，汽車生產(chǎn)企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。隨著汽車需求量的增大，人們對(duì)汽車的品質(zhì)要求也越來(lái)越高。主機(jī)廠為滿足客戶的需求，需要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能最大化、性價(jià)最優(yōu)化，這就要求產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)更具合理性，只有這樣，才能使產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力。因此，對(duì)產(chǎn)品尺寸的控制就必須高要求。后部下車體總成作為整個(gè)車架的主要載體，其結(jié)構(gòu)和精度對(duì)整車尺寸有很大的影響。后部下車體總成的零件多、焊點(diǎn)多且復(fù)雜，焊接產(chǎn)生的變形量較大，直接影響底盤件的安裝尺寸、左右側(cè)圍總成的匹配尺寸等。因此，研究控制后部下車體的尺寸方案，對(duì)現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)過(guò)程有重要的指導(dǎo)意義。本文從某車型的后部下車體的結(jié)構(gòu)、沖壓件、焊接過(guò)程出發(fā)，探討其尺寸控制的方法。

1 結(jié)構(gòu)分析

某車型的后部下車體總成結(jié)構(gòu)由左、右后大梁和后地板、側(cè)拉桿、2根橫梁組成，通過(guò)電阻點(diǎn)焊、塞焊（CO2氣體保護(hù)焊）連接。后部下車體總成結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

整個(gè)結(jié)構(gòu)的焊接順序如下：先由大梁、側(cè)拉桿焊成分總成。再與橫梁焊接組成車架，最后與地板焊接組成總成，零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，焊接過(guò)程清晰、明朗。整個(gè)總成結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)占白車身關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)的30%左右。因此，總成的尺寸狀態(tài)對(duì)白車身尺寸的貢獻(xiàn)度很大，必須重點(diǎn)監(jiān)控。

后部下車體總成底部直接承載后懸掛、油箱、消聲器、備胎等底盤件，側(cè)面對(duì)側(cè)圍尺寸直接作用。后大梁是整個(gè)結(jié)構(gòu)的主要載體，其尺寸狀態(tài)的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個(gè)總成尺寸的優(yōu)劣，因此需重點(diǎn)控制后大梁的尺寸狀態(tài)。

大梁?jiǎn)渭省癠”形，長(zhǎng)度接近1 900 mm，板厚1.6 mm，高強(qiáng)度、難成形、回彈大，沖壓易造成側(cè)面扭曲、法蘭面勾頭、基準(zhǔn)離空，易成蹺蹺板形狀。當(dāng)焊接成車架后，累積的公差進(jìn)一步放大，造成底盤件、側(cè)圍等匹配件間的孔位不合、間隙偏差大，嚴(yán)重影響底盤關(guān)鍵點(diǎn)的合格率，進(jìn)而影響整個(gè)白車身的尺寸合格率。

2 原因分析

一般沖焊件的尺寸偏差都由以下幾個(gè)因素造成：零件自身偏差、夾具定位的不穩(wěn)定性、焊接變形、操作工藝性（如圖3所示）。

（1）零件偏差，后大梁是主要的影響因素，主要表現(xiàn)為回彈大、側(cè)面間隙不均勻，易與大梁內(nèi)的加強(qiáng)板匹配時(shí)，因大梁側(cè)面與加強(qiáng)板搭接區(qū)域較長(zhǎng)，常出現(xiàn)離空段、干涉段。裝件時(shí)，干涉段會(huì)造成大梁“U”形口外趴，Y向尺寸變大，最終總成與側(cè)圍的輪罩區(qū)域匹配時(shí)，導(dǎo)致側(cè)圍間尺寸變寬；焊接時(shí)，離空段造成大梁的“U”型口內(nèi)拉，Y向尺寸變小，最終總成與側(cè)圍的輪罩區(qū)域匹配時(shí)離空，導(dǎo)致焊接易出現(xiàn)虛焊。

（2）夾具的合理性，主要表現(xiàn)為定位基準(zhǔn)的一致性?；鶞?zhǔn)體系指導(dǎo)模具、夾具、檢具的定位、檢測(cè)，使各工序件的定位基準(zhǔn)一致，保證零件裝配的一致性和穩(wěn)定性。夾具的定位基準(zhǔn)要保證與GD&T圖紙盡量一致，消除由于基準(zhǔn)不同而產(chǎn)生的尺寸誤差，簡(jiǎn)化裝配協(xié)調(diào)關(guān)系，提高裝配精度，只有這樣，才能表現(xiàn)出模、檢、夾具前后一樣的狀態(tài)。

（3）焊接變形，表現(xiàn)在由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，最終導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了焊接應(yīng)力和變形。后車架焊接時(shí)，一般都會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。彎曲變形不僅會(huì)影響車身的尺寸精度、裝配精度，還會(huì)降低車架的承載能力。

（4）焊接操作，表現(xiàn)在員工的熟練程度、工作態(tài)度。零件焊接要求焊槍與焊件之間保持90°，且零件的焊接熔合時(shí)間是1～2 s，時(shí)間過(guò)短，會(huì)產(chǎn)生虛焊，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致焊穿。這就要求企業(yè)必須定期培訓(xùn)員工，這樣不僅可以提高員工的操作能力，還能增強(qiáng)員工的責(zé)任心，端正其工作態(tài)度。

3 控制方案

3.1 沖壓件控制

零件的偏差主要出現(xiàn)在沖壓階段，沖壓件尺寸偏差是總成焊接時(shí)，其處于非自然狀態(tài)下，這是造成尺寸偏差的主要原因。由于沖壓件存在尺寸差，所以零件搭接不理想，雖然能在夾具的壓緊力作用下強(qiáng)行匹配一起焊接，但是會(huì)產(chǎn)生更大的焊接變形，從而造成總成尺寸的不穩(wěn)定性。

后部下車體總成的沖壓件，除大梁外的其他零件，成形性相對(duì)較好，可以根據(jù)上檢具的尺寸狀態(tài)進(jìn)行整改。以下主要介紹后大梁。

后大梁回彈形式如圖4所示。大梁回彈解決方案如下。

方案一：大梁成形的模具除拉延模、翻邊整形模、切邊沖孔模外，增加一序側(cè)面整形模。側(cè)面整形?？梢杂行У販p少大梁側(cè)面的回彈量、扭曲量。

方案二：通過(guò)修整大梁底部的模具R角。R角修整得越小，零件側(cè)面越往內(nèi)收；R角修整得越大，零件側(cè)面越往外放。修整完成后，根據(jù)在檢具的尺寸狀態(tài)，再進(jìn)行下一輪的整改。整個(gè)修模過(guò)程較為頻繁，只有經(jīng)多次修整后，才能得到相對(duì)理想的尺寸狀態(tài)。修整R角，是汽車廠家整改大梁普遍選擇的方法，效果也比較明顯。難點(diǎn)如下：由于大梁較長(zhǎng)，所以若要保證大梁底部R角整條尺寸的一致性，則對(duì)鉗工的業(yè)務(wù)水平要求較高，修模高頻次會(huì)延長(zhǎng)整個(gè)開發(fā)周期。

除大梁側(cè)面回彈尺寸外，因?yàn)楹髴覓斓陌惭b面在底面上，所以還要關(guān)注大梁底部的尺寸。后懸掛測(cè)點(diǎn)關(guān)系到底盤關(guān)鍵點(diǎn)合格率，大梁沖壓時(shí)需保證模具壓到底，這樣，底部尺寸才有保障。在沖壓時(shí)，壓力機(jī)的噸位、工作速度等不同，會(huì)造成尺寸偏差不一致，因此需要選擇合理噸位的壓力機(jī)、調(diào)節(jié)出合適的壓機(jī)工作速度。

3.2 焊接工裝控制

工裝夾具是車身各零件定位和裝配的載體。夾具的主要作用就是保證所有焊接沖壓件之間的相對(duì)位置及焊接件的尺寸精度、合理的設(shè)計(jì)、焊點(diǎn)規(guī)劃、焊鉗選擇，確保焊接質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。工裝夾具可以有效地控制零件總成的尺寸穩(wěn)定性。

夾具的設(shè)計(jì)除保證基準(zhǔn)一致性外，還要考慮控制夾具的材料性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，保證焊接的效率，滿足產(chǎn)能。設(shè)計(jì)夾具時(shí)，焊接夾具要以零件焊接工藝和產(chǎn)品質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)，不僅要考慮生產(chǎn)綱領(lǐng)，熟悉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，理解鈑金件變形特點(diǎn)，掌握沖壓、涂裝及總裝的工藝要求，還要通曉零件的裝配精度和公差分配。

夾具結(jié)構(gòu)的合理性主要體現(xiàn)在人機(jī)工程是否滿足，設(shè)計(jì)時(shí)仿真夾具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，模擬焊槍焊接，讓出合理空間便于員工取放零件，避免焊槍和零件干涉等。視零件不同給零件一個(gè)合理的夾緊力，以保證零件在焊接過(guò)程中滿足焊接要求。夾緊力過(guò)大，工件會(huì)被壓變形；夾緊力過(guò)小，工件焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)。

在生產(chǎn)過(guò)程中，沖壓件的尺寸偏差會(huì)導(dǎo)致其與焊接工裝間的應(yīng)力集中，長(zhǎng)期作用會(huì)導(dǎo)致夾具定位元件受損、變形，造成虛焊、飛濺，從而使夾具性能下降。夾具在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程中，定位銷的磨損失效會(huì)造成定位不穩(wěn)定、裝配公差大。日常生產(chǎn)中，應(yīng)對(duì)工裝夾具進(jìn)行持續(xù)的狀態(tài)監(jiān)控和進(jìn)行潛在失效分析，及時(shí)對(duì)失效的工裝夾具進(jìn)行維護(hù)，及時(shí)消除尺寸偏差。

3.3 焊接變形控制

3.3.1 合理的焊接順序

零件焊接采用合理的焊接順序，可以消除部分焊接應(yīng)力，焊接變形可以達(dá)到最小化。如圖5所示，后大梁和大梁加強(qiáng)板焊接時(shí)，側(cè)面焊接范圍長(zhǎng)達(dá)1 200 mm，因此必須通過(guò)不同的焊接順序，驗(yàn)證焊接變形量的大小。

方法Ⅰ：從左到右焊接；方法Ⅱ：從中間往兩側(cè)焊接；方法Ⅲ：從左到右進(jìn)行隔斷跳焊。

后大梁焊接完成后，放置在檢具上，夾緊前部、中部4個(gè)基準(zhǔn)面，觀察測(cè)量后部2個(gè)基準(zhǔn)面的離空量，計(jì)算焊接前后變形量，變形量小的為最優(yōu)的焊接順序方案。對(duì)于此類結(jié)構(gòu)匹配的焊接方式，可以進(jìn)行一定的推廣。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，方法Ⅱ，即由大梁中間往兩頭焊接的方式，變形量最小。焊接順序經(jīng)優(yōu)化后，尺寸偏差和穩(wěn)定性得到了改善。對(duì)于不同的零件結(jié)構(gòu)，應(yīng)結(jié)合自身產(chǎn)品的特點(diǎn)，不斷總結(jié)和摸索適合的焊接順序，以達(dá)到尺寸控制的目的。

3.3.2 反變形法

大梁結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了焊合件會(huì)有大的回彈、變形。反變形法是控制焊接變形最常用的一種方法，通常適用于控制“U”形焊件彎曲變形。

分析大梁焊合后可能產(chǎn)生的變形方向和大小，在焊接裝配前，應(yīng)使大梁發(fā)生大小相同、方向相反的變形，抵消焊后發(fā)生的變形，達(dá)到防止焊后發(fā)生變形的目的（如圖6所示）。

一般后大梁焊接后會(huì)成蹺蹺板形狀。如果在檢具上表現(xiàn)為變形3 mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值在焊接前可在中部基準(zhǔn)面調(diào)高5 mm，進(jìn)行強(qiáng)行關(guān)夾焊接。焊接完成后，兩側(cè)向上的變形量剛好抵消中部基準(zhǔn)的墊高量，以此控制消除后大梁的焊接變形。

3.4 操作控制

在零件焊接過(guò)程中，操作人員的操作手法也會(huì)對(duì)零件尺寸產(chǎn)生影響。例如，焊鉗電極臂與被焊零件焊面垂直，易引起焊點(diǎn)扭曲和焊接變形；焊接電極臂因角度不當(dāng)而接觸到零件的邊緣，易引起焊接分流和零件變形。

后部下車體總成，因Y向距離較大，在焊接總成中部的焊點(diǎn)時(shí)，焊臂容易碰到零件邊緣，容易導(dǎo)致地板翻邊的輪罩區(qū)域被撞變形。

在前期的工藝規(guī)劃中，設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)充分考慮焊接設(shè)備的可操作性，將人為操作控制對(duì)零件尺寸精度的影響降至最低，盡可能地避免此類的隨機(jī)誤差。

4 結(jié)論

本文通過(guò)“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等方面，介紹了某車型后部下車體總成的尺寸控制過(guò)程和方法。零件的回彈、焊接變形不可避免，需要上游的設(shè)計(jì)部門不斷從實(shí)際生產(chǎn)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝、工裝等技術(shù)手段，從產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)直至生產(chǎn)出成品的一系列環(huán)節(jié)和過(guò)程，實(shí)現(xiàn)零件尺寸的控制，最終實(shí)現(xiàn)理想的制造質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量。

隨著國(guó)內(nèi)車市競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化，汽車的產(chǎn)品品質(zhì)決定了其在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，而產(chǎn)品品質(zhì)則要求其具備良好的尺寸控制。本文介紹的某車型后部下車體總成的尺寸過(guò)程控制方法，可以借鑒到其他車型，對(duì)類似結(jié)構(gòu)的尺寸控制有一定的指導(dǎo)意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002：1277-1280.

[2]林忠欽，胡敏.轎車車體裝配偏差研究方法綜述[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，1999（3）.

[3]馬松.工裝夾具設(shè)計(jì)的思考[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2014（1）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]