彭湃

（一汽吉林汽車有限公司，吉林132013）

主題詞：焊裝SE 白車身 產(chǎn)品數(shù)據(jù)評(píng)審 定位基準(zhǔn)

1 前言

汽車白車身的質(zhì)量對(duì)整車的強(qiáng)度、剛度、裝配精度有重要影響，它是汽車制造過程質(zhì)量控制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。白車身焊裝SE 是在產(chǎn)品研發(fā)過程中，針對(duì)白車身的結(jié)構(gòu)、尺寸公差、焊接工藝性、裝配性、工藝可行性、工藝投資等進(jìn)行分析，提出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更改建議，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期(Q/C/D)[1]。隨著激光焊、冷連接等新的白車身制造技術(shù)的不斷應(yīng)用，如何做好焊裝SE工作，成為各大汽車生產(chǎn)廠的主要研究課題。

2 焊裝SE概述

2.1 焊裝SE定義

焊裝SE（Simultaneous Engineering）是整合產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、質(zhì)量保證、生產(chǎn)制造過程的系統(tǒng)方法[2]。焊裝SE現(xiàn)已在大部分汽車生產(chǎn)廠應(yīng)用，以加快推出市場(chǎng)上需要的新產(chǎn)品，增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2 焊裝SE作用

焊裝SE 需要工藝部門提前介入評(píng)審白車身數(shù)據(jù)，將工藝實(shí)施期間可能會(huì)出現(xiàn)的問題，提前到產(chǎn)品研發(fā)期間發(fā)現(xiàn)并解決。工藝部門結(jié)合以往車型經(jīng)驗(yàn)，歸納總結(jié)產(chǎn)品上存在的問題，反饋給產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門進(jìn)行規(guī)避；工藝部門將工藝方案及工藝通用技術(shù)要求輸入給產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門，提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、準(zhǔn)確性，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量；在工藝部門和設(shè)計(jì)部門的研討過程中，可以根據(jù)工廠的實(shí)際情況，降低工藝難度，從而減少工藝投資；產(chǎn)品部門能夠?qū)崿F(xiàn)高效率產(chǎn)品設(shè)計(jì)，大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

2.3 焊裝SE工作流程

焊裝SE是一項(xiàng)系統(tǒng)的、復(fù)雜的工作，需要設(shè)計(jì)部門、工藝部門、質(zhì)量部門、制造部門共同協(xié)作完成，并伴隨產(chǎn)品研發(fā)的整個(gè)階段，本廠焊裝SE 工作具體流程如圖1所示。

圖1 焊裝SE工作流程

在產(chǎn)品開發(fā)過程中，隨著車身數(shù)據(jù)的不斷完善，逐步完成產(chǎn)品數(shù)據(jù)評(píng)審、DTS、工序流程圖、工作圖、平面圖、夾具品標(biāo)書、檢具品標(biāo)書一系列編制工作。通過建立完善的工作流程，為開展焊裝SE明確步驟、統(tǒng)一目標(biāo)，強(qiáng)化焊裝SE在產(chǎn)品研發(fā)階段中的重要作用，充分發(fā)揮出焊裝SE的優(yōu)勢(shì)。

3 焊裝SE開展的前提條件

開展焊裝SE前，需要提前輸入產(chǎn)品規(guī)劃信息、工藝規(guī)劃信息及產(chǎn)品數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求，設(shè)計(jì)部門、工藝部門等統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同工作,才能得到最大的實(shí)施價(jià)值[3]。

（1）產(chǎn)品規(guī)劃信息的提前輸入

需要明確產(chǎn)品最大平臺(tái)數(shù)、產(chǎn)品生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)場(chǎng)地、生命周期、產(chǎn)品投資預(yù)算等相關(guān)信息。產(chǎn)品平臺(tái)數(shù)，影響混流生產(chǎn)線工裝的可行性，需提前考慮主定位系統(tǒng)的通用性或預(yù)留工藝擴(kuò)展；產(chǎn)品生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)場(chǎng)地，決定生產(chǎn)線的工藝布局，需提前策劃車身結(jié)構(gòu)的分塊；產(chǎn)品生命周期，影響工裝設(shè)備的選型，對(duì)于生命周期短的產(chǎn)品，可考慮簡(jiǎn)易工裝。

（2）工藝規(guī)劃信息的提前輸入

需要初步構(gòu)想生產(chǎn)線自動(dòng)化程度[4]、焊接方法、包邊方式、輸送方式、車身儲(chǔ)存方式、物流轉(zhuǎn)運(yùn)方式、主要設(shè)備等技術(shù)信息。自動(dòng)化程度的高低，影響車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，自動(dòng)化程度較高的生產(chǎn)線，焊接可達(dá)性好，對(duì)車身焊接部位尺寸要求較低，自動(dòng)化程度較低的生產(chǎn)線（如手工生產(chǎn)線），車身結(jié)構(gòu)要充分考慮焊接可行性；焊接方法要充分考慮生產(chǎn)場(chǎng)地的工藝條件（如設(shè)備條件、投資預(yù)算），盡量不采用特種焊接方式；包邊方式需要考慮主機(jī)廠采用機(jī)器人滾邊或壓機(jī)包邊，針對(duì)不同的包邊方式，采用不同的鈑金設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

（3）產(chǎn)品數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求

產(chǎn)品數(shù)據(jù)中需含有材料厚度方向、層級(jí)、用量、坐標(biāo)、定位點(diǎn)等基礎(chǔ)信息；所有涂膠部位要標(biāo)注膠種類、長(zhǎng)度、位置、涂膠直徑；點(diǎn)焊、弧焊、釬焊等焊接方式要表達(dá)清楚，需含有各層級(jí)分總成焊點(diǎn)信息；數(shù)據(jù)更改時(shí)，要說明制件是取消、新增或更改。

4 焊裝SE內(nèi)容

焊裝SE 是結(jié)合白車身產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)放的各個(gè)階段，陸續(xù)開展焊裝SE各項(xiàng)工作，逐步完成SE的各項(xiàng)輸出物，從而得到最優(yōu)的工藝規(guī)劃。焊裝SE 輸出物及其內(nèi)容如表1所示。

表1 焊裝SE輸出物及其工作內(nèi)容

本廠焊裝SE 過程共有17 項(xiàng)輸出物，本文主要對(duì)以下4個(gè)輸出物進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

（1）產(chǎn)品數(shù)據(jù)評(píng)審

（2）工序流程圖

（3）工藝平面圖

（4）夾具品標(biāo)書的內(nèi)容及應(yīng)用

4.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)評(píng)審

產(chǎn)品數(shù)據(jù)評(píng)審是從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝性、質(zhì)量、成本等方面著手，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)與工藝方案相結(jié)合，反復(fù)確認(rèn)工藝方案(工序分解、夾具方案、平面圖等)可行性，不斷的優(yōu)化，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段做出的適應(yīng)性調(diào)整。產(chǎn)品數(shù)據(jù)評(píng)審伴隨著產(chǎn)品開發(fā)同步進(jìn)行，輸出的文件為工程變更申請(qǐng)（ECR）。

4.1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)評(píng)審

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)評(píng)審包括白車身剛度、強(qiáng)度、干涉點(diǎn)檢查、間隙檢查、密封檢查等內(nèi)容。本廠某車型應(yīng)用案例，如圖2所示，背門檻內(nèi)板（1）、背門檻外板（2）、后裙板（3）、后側(cè)圍外板（4），4個(gè)制件搭接位置集中在一個(gè)平面，強(qiáng)度和剛性較差，鈑金、焊點(diǎn)易撕裂。通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)評(píng)審，將此處結(jié)構(gòu)更改為腔體結(jié)構(gòu)，能夠較大提升白車身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性，如圖3所示。

圖2 鈑金、焊點(diǎn)易撕裂部位

圖3 腔體搭接結(jié)構(gòu)

4.1.2 工藝性評(píng)審

工藝性評(píng)審主要包括裝配工藝性、焊接工藝性、涂膠工藝性等。工藝性應(yīng)重點(diǎn)考慮工序拆分、工序裝配過程的合理性，如圖4所示，側(cè)圍內(nèi)板總成在進(jìn)行分塊時(shí)，將原來的2個(gè)大總成拆分為3個(gè)小總成，有利于制件的轉(zhuǎn)運(yùn)，減少轉(zhuǎn)運(yùn)帶來的制件變形，提高側(cè)圍分總成的尺寸精度。

圖4 側(cè)圍內(nèi)板總成分塊示意

4.1.3 質(zhì)量評(píng)審

質(zhì)量評(píng)審包括焊接質(zhì)量、特殊尺寸、關(guān)鍵尺寸、間隙尺寸等。如圖5所示，左圖U型件3面搭接，零間隙貼合，制造精度難保證，右圖U 型件為經(jīng)過評(píng)審優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)，其中一處完全分離，且間隙值σ大于2 mm，2處僅焊點(diǎn)處貼合，以提升合件的裝配精度，降低制造難度，同時(shí)也能提升白車身局部的強(qiáng)度和剛性。

圖5 制件與制件搭接平面示意

如圖6所示，左圖2個(gè)制件在搭接處相切，產(chǎn)生尖點(diǎn)，制件焊接強(qiáng)度低、電泳質(zhì)量差、易產(chǎn)生異響，右圖為經(jīng)過評(píng)審優(yōu)化后的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，制件搭接處避免產(chǎn)生尖銳間隙，且間隙值σ大于3 mm，強(qiáng)度顯著提升。

圖6 制件搭接示意

4.2 工序流程圖

工序流程圖是保證白車身質(zhì)量、生產(chǎn)布局、物流轉(zhuǎn)運(yùn)等最優(yōu)化的工序流程。根據(jù)白車身數(shù)據(jù)，對(duì)車身結(jié)構(gòu)模塊劃分、工序分解、節(jié)拍測(cè)算，并不斷的進(jìn)行完善，對(duì)工序分配不合理的位置，需要對(duì)工序分解進(jìn)行更改。工序流程圖包括以下內(nèi)容，如圖7、圖8。

（1）體現(xiàn)白車身所有制件的構(gòu)成，大到鈑金件、小到一個(gè)螺母或螺釘。

（2）體現(xiàn)所有總成及分總成制件的工序拆分，描述了制件的名稱、圖號(hào)、數(shù)量、車型配置。

（3）說明制件的加工工藝、工裝數(shù)量。

（4）體現(xiàn)所有總成及分總成制件的作業(yè)順序和相互之間的邏輯關(guān)系。

（5）體現(xiàn)自制工序和外委工序。

工序流程圖向上對(duì)接產(chǎn)品BOM 清單，向下對(duì)應(yīng)平面布置方案、制件質(zhì)量控制方案、制件采購方案等，因此工序流程圖貫穿SE 活動(dòng)始終，是SE 活動(dòng)的核心文件。工序流程圖需要隨著產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更改實(shí)時(shí)更新，確保各接口部門間傳遞的是最新數(shù)據(jù)。

圖7 某車型前罩板工序流程

圖8 工序流程圖表樣說明

4.3 工藝平面圖

工藝平面圖是根據(jù)廠房的長(zhǎng)度和寬度、物流環(huán)境、接口等確定焊裝線的整體走向，對(duì)物流路徑進(jìn)行整體構(gòu)思（包括出入口、單行線、雙行線等），避免逆流和交叉現(xiàn)象[5]。工藝平面圖主要包括“一個(gè)流”式布局，“S”型布局，“T”型布局，鋸齒形布局等布局形式。

4.3.1 “一個(gè)流”式布局

“一個(gè)流”式布局是工序間無在制品或在制品數(shù)量不應(yīng)超過1臺(tái)份的布局形式，此布局適用于多工序、多工位、有相連關(guān)系的作業(yè)，是一個(gè)總成或多個(gè)總成及其分總成的組合，此布局具有布局緊湊、物流路徑短、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，是首選的布局方式。

4.3.2 “S”形布局

“S”形布局宜在車身下部總成線、車身下部補(bǔ)焊線、調(diào)整線之間實(shí)現(xiàn)，如圖9，此布局可優(yōu)化物流路徑，使無效物流路徑縮短，且可以在工序間建立存儲(chǔ)區(qū)。車身下部A 和車身下部B 是2 種不同平臺(tái)產(chǎn)品，車身下部AB 補(bǔ)焊可實(shí)現(xiàn)多種車型共線、自動(dòng)化集成焊接和輸送，可提高自動(dòng)化設(shè)備的使用率。車身下部A和車身下部B到車身下部AB補(bǔ)焊、車身下部AB補(bǔ)焊到主焊線可實(shí)現(xiàn)人工轉(zhuǎn)運(yùn)或二層自動(dòng)輸送和儲(chǔ)備，根據(jù)產(chǎn)能規(guī)劃和投資預(yù)算進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。

圖9 “S”形布局

4.3.3 “T”形布局

“T”形布局也可稱為魚刺形布局，即圍繞大的總成線將各分總成布置在其一側(cè)或兩側(cè)的一種形式，如圖10所示，此種布局結(jié)構(gòu)緊湊，便于組織生產(chǎn)，且相關(guān)聯(lián)制件可臨近生產(chǎn)，減少制件轉(zhuǎn)運(yùn)距離。

圖10 側(cè)圍總成“T”形布局

4.3.4 鋸齒形布局

鋸齒形布局可減少占地面積、縮短步行距離、提高作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)高效的作業(yè)布置，如圖11，此布局形式適合于分總成裝配焊接線。

4.4 夾具品標(biāo)書

夾具品標(biāo)書是設(shè)計(jì)夾具的基準(zhǔn)書，如圖12、圖13所示，其中包括制件孔定位基準(zhǔn)（MCP）、面定位基準(zhǔn)（MCS），夾具品標(biāo)書包含的主要內(nèi)容如下。

圖11 鋸齒形布局

（1）定位系統(tǒng)從大到小順序，即由車身總成（一級(jí)總成）→車身焊接總成（二級(jí)總成）→分總成（三級(jí)總成）→小分總成（四級(jí)總成）的順序進(jìn)行分布，再從小總成到大總成逆向?qū)徍硕ㄎ换鶞?zhǔn)的合理性。

（2）定位基準(zhǔn)的基準(zhǔn)數(shù)量遞增，從一級(jí)總成→二級(jí)總成→三級(jí)總成→四級(jí)總成定位基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量增加。

（3）定位基準(zhǔn)貫徹始終，即產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段設(shè)定的定位基準(zhǔn)延續(xù)到焊裝工藝的工裝準(zhǔn)備，也延續(xù)到?jīng)_壓工藝的工裝準(zhǔn)備，也就是同一零件在任何工位上都采用同一基準(zhǔn)，以避免基準(zhǔn)變換產(chǎn)生生產(chǎn)制造和測(cè)量誤差。

（4）定位基準(zhǔn)設(shè)置在零部件上最穩(wěn)定的區(qū)域和部位。這種穩(wěn)定性不僅指零件自身在生產(chǎn)過程中該區(qū)域的質(zhì)量穩(wěn)定，也指某些設(shè)計(jì)更改不會(huì)涉及到該區(qū)域。

圖12 某車型前輪罩總成夾具M(jìn)CP、MCS

圖13 某車型MCP、MCS斷面

本廠某SUV 車型夾具品標(biāo)書的應(yīng)用。如圖14 所示，側(cè)圍總成的3個(gè)主定位基準(zhǔn)孔設(shè)置在A柱、C柱、D柱，確定3個(gè)定位基準(zhǔn)孔分別在車身焊接總成主拼工位→車身焊接總成預(yù)裝工位→側(cè)圍總成工位→側(cè)圍外板總成工位→后側(cè)圍內(nèi)板總成工位→模具→檢具上延續(xù)應(yīng)用，并保持一致。

圖14 側(cè)圍總成基準(zhǔn)孔示意

如圖15所示，確定側(cè)圍總成主基準(zhǔn)面的位置在側(cè)圍總成工位→車身焊接總成預(yù)裝工位→車身焊接總成主拼工位的位置統(tǒng)一。側(cè)圍總成工位遵循定位基準(zhǔn)遞增的原則，增加輔助定位面；車身焊接總成預(yù)裝工位采用統(tǒng)一的主定位面；車身焊接總成主拼工位除采用統(tǒng)一的主定位面外，需增加輔助定位面，保證車身精度。

圖15 側(cè)圍總成各序基準(zhǔn)面分布示意

5 焊裝SE展望

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，用戶對(duì)汽車的安全性、油料消耗量的要求越來越高。目前各主流汽車生產(chǎn)廠，在白車身上大量應(yīng)用高強(qiáng)鋼板、鎂鋁合金等輕量化材料，并采用激光焊（Laser）、自沖鉚（SPR）等先進(jìn)連接技術(shù)[6]。在白車身設(shè)計(jì)階段，如何做好熱成型鋼板等輕量化材料、激光焊等連接工藝的工藝分析工作，充分發(fā)揮輕量化材料、先進(jìn)連接工藝的優(yōu)勢(shì)，成為未來焊裝SE的發(fā)展方向。

焊裝SE在使用熱成型鋼板中的應(yīng)用。熱成型鋼板具有超高強(qiáng)度，在白車身上廣泛應(yīng)用，新一代奧迪A8熱成型鋼采用比例超過10%[7]。在進(jìn)行焊裝SE時(shí)，要充分考慮熱成型鋼的結(jié)構(gòu)形式，可采用環(huán)裝路徑，形成封閉路徑可以提高車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，如圖16所示，前門環(huán)狀結(jié)構(gòu)、后門環(huán)狀結(jié)構(gòu)等。

圖16 白車身環(huán)狀路徑搭接結(jié)構(gòu)

在焊裝SE 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)評(píng)審階段，要充分考慮熱成型鋼板的焊接工藝性?？刹捎眉す馄春讣夹g(shù)，將不等厚度熱成型鋼板拼焊連接，經(jīng)過熱沖壓形成大型制件，從而減少焊接工藝及工裝設(shè)備，縮小制件累積公差，提高制件精度。

焊裝SE 在激光焊中的應(yīng)用。在進(jìn)行焊裝SE 時(shí)，要充分考慮激光焊有焊接速度快、熱影響區(qū)小、抗拉強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，以及橋接能力差的缺點(diǎn)，充分論證工藝可行性，以達(dá)到提高白車身質(zhì)量和生產(chǎn)效率的目的。激光焊對(duì)車身的焊縫間隙有嚴(yán)格的要求，且對(duì)工裝夾具的穩(wěn)定性有明確的限制。在進(jìn)行焊裝SE工作時(shí)，需要規(guī)避相關(guān)工藝風(fēng)險(xiǎn)。使用激光焊時(shí)，制件搭接結(jié)構(gòu)采用浮動(dòng)式可調(diào)間隙或平面貼合的設(shè)計(jì)方式，如圖17所示，側(cè)圍總成與頂蓋總成搭接部位的激光釬焊，搭接結(jié)構(gòu)采用浮動(dòng)式可調(diào)間隙設(shè)計(jì)方式，且頂蓋前部、后部有點(diǎn)定焊點(diǎn)，保證頂蓋位置。在夾具品標(biāo)書制作階段，考慮夾具對(duì)制件定位的可靠性，采用分塊式彈性夾具結(jié)構(gòu)，如圖18所示，輔助調(diào)整焊縫間隙。

圖17 頂蓋浮動(dòng)式搭接結(jié)構(gòu)

圖18 頂蓋激光釬焊彈性夾具

焊裝SE在冷連接技術(shù)中的應(yīng)用。在使用鎂鋁合金、復(fù)合材料的白車身上，需要采用自沖鉚（SPR）、無鉚連接（TOX）等冷連接技術(shù)。在進(jìn)行焊裝SE時(shí)，需要論證冷連接搭接結(jié)構(gòu)、設(shè)備的操作空間、設(shè)備通用性、生產(chǎn)節(jié)拍、工位分布以及成本測(cè)算。在焊裝SE時(shí)，冷連接的鉚接方向應(yīng)從硬質(zhì)材料向著軟質(zhì)材料，如：鋼-鋁、鋼-鋼-鋁等，從而提高鉚接質(zhì)量的穩(wěn)定性；多種搭接樣式可用一種型號(hào)鉚槍實(shí)現(xiàn)連接，進(jìn)而降低設(shè)備投入成本，并提高生產(chǎn)節(jié)拍；在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，對(duì)冷連接部位板材應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的CAE分析，判斷出板材硬度和減薄率變化大的地方，優(yōu)化沖壓工藝，從而減小材料硬度、減薄率對(duì)連接質(zhì)量的影響。

除上述介紹的車身常用的先進(jìn)連接工藝外，還有鋁點(diǎn)焊（RSWA）、攪拌摩擦焊（FSW）、摩擦塞鉚焊（EJOWELD）、流鉆螺釘（FDS）、粘膠連接等連接技術(shù)，這些技術(shù)的選擇與應(yīng)用主要取決于車身結(jié)構(gòu)和材料，因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段要綜合考慮，充分發(fā)揮焊裝SE 的作用。

6 結(jié)束語

在焊裝SE 過程中輸出多種工藝文件，每種文件各有用途，各有關(guān)聯(lián)，因此在進(jìn)行焊裝SE時(shí)要建立良好的溝通、協(xié)調(diào)體制，從而優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、改善工藝性、縮短研發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著汽車制造工藝的不斷創(chuàng)新，對(duì)白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，貫穿產(chǎn)品開發(fā)全過程的焊裝SE 也需要不斷優(yōu)化與發(fā)展。