王虎,胡玉婷,李雄志,楊宇,龍曲波

(東風(fēng)(武漢)實業(yè)有限公司，湖北武漢 430000)

0 引言

汽車白車身是由數(shù)百個沖壓件通過數(shù)千次裝配和焊接組合而成，在白車身項目前期開發(fā)過程中，對其定義公差與尺寸是極其關(guān)鍵的一項工作內(nèi)容，白車身中如果各個總成的尺寸偏差過大，將會造成車身零部件出現(xiàn)安裝位置偏移，甚至難以安裝，外觀間隙變大、風(fēng)阻及噪聲增大和漏水等方面的問題。汽車后端的輪罩總成，是典型的車身尺寸關(guān)鍵零部件，但由于其大多為較薄的鈑金件，外形復(fù)雜(多為空間曲面造型)、輪廓較大、焊接變形量較大等特點，在裝車時很容易引起操作工及質(zhì)量部門的抱怨，特別是其法蘭邊的平面度問題，如果不能及時解決，對側(cè)圍內(nèi)板與其的貼合及焊接帶了極大的困擾[1]。

1 輪罩總成構(gòu)成及裝配環(huán)境介紹

1.1 總成構(gòu)成

輪罩總成一般由輪罩外板、輪罩加強(qiáng)板、后懸掛支架、后懸掛支架加強(qiáng)板、燃油管支架5個零件組成，這些單件的材料、板厚不盡相同，在相互搭接配合時也相互影響，其中最大的也是最重要的一個件就是輪罩外板。圖1是某款車型的輪罩總成示意圖，表1為各單件各項數(shù)據(jù)。

圖1 輪罩總成組成

表1 某輪罩總成單件數(shù)據(jù)

由表1可以看出輪罩外板的板厚最薄，僅為0.67 mm，而其他零件除了燃油管支架小件外，厚度均超過1 mm，特別是后懸掛支架達(dá)到2.2 mm，此件在總成焊接過程中將對輪罩外板起到拉伸作用，對總成尺寸影響極大。

1.2 裝配環(huán)境

輪罩總成在車身上的裝配環(huán)境也較為復(fù)雜，一般在白車身上搭接的環(huán)境件有左右后內(nèi)縱梁、后翼子板里板、后三角窗里板、后縱梁總成、承載地板延伸板、后圍板等總成。對于這些搭接件，輪罩的尺寸對其影響極為關(guān)鍵，針對不同的總成搭接區(qū)域，對應(yīng)區(qū)域的偏置方向也不盡相同。圖2為某車型輪罩總成實際搭接環(huán)境件。

圖2 輪罩總成裝配環(huán)境圖

2 基準(zhǔn)選擇

2.1 定位原則

零件在模、夾、檢具中的定位原則，是要使同一工序中的所有零件，在生產(chǎn)時按生產(chǎn)要求在工裝中能保持同一位置(其中忽略因為工裝定位誤差帶來的影響)。任何一個零件在未定位前，都可以看作空間直角坐標(biāo)系中可以自由活動的物體，它可以沿X、Y、Z3個坐標(biāo)軸平行的方向任意活動，即擁有沿3個坐標(biāo)軸移動的自由度Tx，Ty，Tz(T代表平移)；同時，零件沿X、Y、Z3個坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)方向的位置也是可以任意活動的，即具有繞3個坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的自由度Rx，Ry，Rz(R代表旋轉(zhuǎn))。所以，要使零件在工裝中中能保持同一位置，就必須限制零件的X，Y，Z3個坐標(biāo)系的平移和旋轉(zhuǎn)6個自由度，如圖3所示。

圖3 零件6個自由度

為了限制零件的自由度，在工裝中通常用一個支撐壓緊來限制零件一個自由度，通過用合理擺放的6個支撐壓緊來限制零件的6個自由度，就可以使零件的位置完全固定下來，通過6個點定位來固定零件，每個點限制一個自由度，即“六點定位法”。

2.2 基準(zhǔn)選擇應(yīng)考慮的要素

(1)功能。首先要考慮的是選擇以零件裝配的貼合面為基準(zhǔn)；零件上被選作基準(zhǔn)的面應(yīng)該要最小化裝配偏差；零件的基準(zhǔn)面或孔應(yīng)該能夠反應(yīng)實際零件裝配過程中的某些特征關(guān)系。

(2)基準(zhǔn)的可重復(fù)性。基準(zhǔn)特征本身在制造過程中必須保持尺寸穩(wěn)定性;基準(zhǔn)特征必須是可重復(fù)的，不會因裝配而發(fā)生變化;基準(zhǔn)應(yīng)在各種情況下都能保持穩(wěn)定或是基本不變化。

(3)基準(zhǔn)一致性。零件的基準(zhǔn)一旦確定下來，就必須要保證其在制造、生產(chǎn)、檢測、裝配過程中的一致性。零件的模具基準(zhǔn)、夾具基準(zhǔn)、檢具基準(zhǔn)必須保持一致。

2.3 基準(zhǔn)一致性

基準(zhǔn)選擇上要求滿足CDLS(Common Datum Locating Strategy)基準(zhǔn)一致性定位策略標(biāo)準(zhǔn)，CDLS是一種開發(fā)車身制造綜合性尺寸的控制策略，它集成了設(shè)計與制造的所有關(guān)鍵控制因素，基準(zhǔn)的一致性主要是指零件制造、加工、檢測過程的模、夾、檢具的主定位基準(zhǔn)的一致性。基準(zhǔn)一致性優(yōu)勢包括：

(1)減少了基準(zhǔn)在變換過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件尺寸精度；

(2)有利于工裝檢具的設(shè)計加工，有助于工藝過程的制定；

(3)有利于快速獲取準(zhǔn)確的零件尺寸數(shù)據(jù)，從而能快速分析出問題所在；

(4)有利于對零件進(jìn)行直觀的質(zhì)量缺陷判斷，提高質(zhì)量管理水平。

其設(shè)計思路如下：基準(zhǔn)的設(shè)計流程是由白車身到分總成，再由分總成到單件，逐級制定完成。基準(zhǔn)選擇的受控因數(shù)還有：工裝限制，主要是人機(jī)工程的影響，白車身很大程度上還需要依賴于人工焊接。所以基準(zhǔn)的選擇必須滿足人機(jī)工程以及沖壓成形穩(wěn)定性要求[4]。

對于輪罩總成，在基準(zhǔn)選擇中，采用了最基本的兩個夾一面的定位，即一個圓孔控制兩個方向自由度，一個長圓孔控制一個方向自由度，一個平面控制3個方向自由度。

理論上通過6點定位法，用6個定位點可以完全將輪罩總成給固定住，但由于輪罩總成本體較薄，零件剛性較差，在實際焊接過程中并不能把輪罩總成完全看成為剛性體，僅通過6個點定位不能完全將輪罩總成固定在工裝上，還需要增加幾個輔助定位點，如圖4所示。對于檢具的設(shè)計，要保證檢具定位基準(zhǔn)與裝配定位基準(zhǔn)一致，即A1、A2、A3、B、C位置必須保持一致，以便于保證輪罩總成的在檢具上檢測和三坐標(biāo)采集數(shù)據(jù)的真實性，同時也保證輪罩總成在檢具上的擺放姿態(tài)能夠完全地模擬輪罩總成在白車身上的實際裝配環(huán)境。由于輪罩本體較薄，零件回彈較大，選擇的這些定位點所在的裝配面在冷沖過程中都不是一次拉延成形，均需二次整形。在零件冷沖生產(chǎn)前期，對于輪罩本體的沖壓調(diào)試，這些定位點所在的面將不會很平，尺寸精度也較差。在調(diào)試前期必須要確認(rèn)該輪罩的裝配定位模夾檢基準(zhǔn)的一致性，否則會導(dǎo)致零件在不同工裝上的檢測結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。

圖4 輪罩定位示意

3 尺寸分析

3.1 尺寸影響因素

3.1.1 零件偏差

對于組成輪罩的這些沖壓件，其沖壓過程均非一次拉深成形，都是經(jīng)過沖壓、彎曲、拉延、 翻邊、整形等多個不同工藝流程。再加上輪罩本體較薄，零件在經(jīng)過沖壓后會產(chǎn)生應(yīng)力變形，在應(yīng)力釋放過程中會導(dǎo)致其形狀和尺寸都產(chǎn)生變化，導(dǎo)致零件回彈較大。而且輪罩子件在包裝和運輸過程很容易引起變形，由于變形量較小，無法通過肉眼來識別，就算通過返修也無法達(dá)到零件之前的狀態(tài)。所以零件尺寸的偏差在所難免，對于沖壓件的尺寸監(jiān)控，必須要利用三坐標(biāo)使用規(guī)定的參考系進(jìn)行檢測，以保證沖壓件的尺寸精度。

3.1.2 工裝夾具

工裝夾具是保證零件焊接過程中能準(zhǔn)確定位及維持穩(wěn)定的載體，夾具設(shè)計制造是否合理的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是能否保證定位可靠、精度是否合格、是否方便裝配和焊接。根據(jù)基準(zhǔn)一致性原理，應(yīng)選取重要的裝配孔、工藝孔和裝配面作為基準(zhǔn)定位，即與模具檢具保持一致。輪罩是屬于剛性較差的零件，沖壓型面不穩(wěn)定的零件，應(yīng)采取過定位方式約束零件尺寸。部分剛性很大，已經(jīng)定型了的，復(fù)雜的型面，則應(yīng)減少輔助定位，避免導(dǎo)致過渡定位引起的干涉[3]。

3.1.3 工藝及操作人員影響

零件裝配順序、焊接機(jī)器人施焊順序、焊點位置這些與工藝參數(shù)有關(guān)的工藝對于總成焊接和零件的尺寸精度都有很大的影響，還有在焊接過程中不同操作工和不同的操作習(xí)慣都會造成輪罩總成焊接完成尺寸變化。由于此總成焊接并未完全實現(xiàn)機(jī)器人全自動化焊接，對于人員操作過程偏差，必須要實現(xiàn)操作過程標(biāo)準(zhǔn)化，制定標(biāo)準(zhǔn)操作指導(dǎo)書，將不穩(wěn)定因素降到最低，從而提升輪罩總成尺寸的穩(wěn)定[2]。

3.2 關(guān)鍵尺寸

輪罩總成在車身上搭接件較多，需要關(guān)注的重點尺寸也很多。

(1)輪罩總成的翻邊面。如圖5所示，此處翻邊面與車身上后翼子板里板、三角窗里板、流水槽里板等總成均有搭接，對車身的Y向開度有很大的影響。這一整條面不僅要保證其面位置度，還需要保證共面度，以便于白車身的焊接裝配。(此面定義設(shè)計時均為向車內(nèi)走的偏置公差)

圖5 輪罩總成翻邊面

(2)輪罩總成X向開度。如圖6所示，輪罩總成在前后分別與后內(nèi)縱梁總成和承載地板延伸板或是后圍板總成搭接。如果前部外張過多會頂?shù)胶髢?nèi)縱梁總成，導(dǎo)致整個門檻梁X向傾斜。而后部的面如果搭接不良可能導(dǎo)致白車身漏水現(xiàn)象。

圖6 輪罩總成X向

(3)輪罩總成孔位。如圖7所示，輪罩總成一般內(nèi)部與外部都需要焊接一個帶孔小支架，內(nèi)部孔位主要是走線和固定的作用。而外部的孔位則是與后縱梁搭接的孔，此外部孔位需特別關(guān)注X和Z向孔位置度。

(4)輪罩總成翻邊修邊線(圖5)。輪罩總成的翻邊面在白車身均有焊接，且分別搭接不同總成，而翻邊面的修邊線如果太短將會影響焊接，導(dǎo)致焊點咬邊，修邊線過長則會夾具有干涉。

圖7 輪罩總成背部孔位

4 焊接對尺寸的影響

4.1 焊接順序

焊接順序內(nèi)容主要有：(1)鈑金件的裝配順序;(2)施焊順序。無論是裝配順序還是施焊順序都對車身裝焊工藝有著一定的影響。對于輪罩總成的裝配順序，采用從上到下、從里到外的裝配順序。但對于輪罩總成的施焊順序，需采用中間向兩端對稱焊和對稱剛性點固的順序，在第一序先輪罩外板與輪罩加強(qiáng)板焊接，然后再焊后懸掛支架加強(qiáng)板；在第二序焊接后懸掛支架和補(bǔ)焊其他的點位[5]。圖8為輪罩總成焊接順序圖。

圖8 輪罩總成焊接順序圖

4.2 焊接變形

盡管已經(jīng)增加零件定位，優(yōu)化了焊接順序，但在焊接過程中仍舊會有焊接變形的出現(xiàn)。根據(jù)對輪罩總成焊接過程的跟蹤，發(fā)現(xiàn)在每次總成二序補(bǔ)焊工位上焊接時，輪罩的X向總會有一定程度的外張現(xiàn)象，這是由于輪罩外板與加強(qiáng)板和后懸掛支架加強(qiáng)板未能完全貼合的原因。輪罩加強(qiáng)板和后懸掛支架加強(qiáng)板的厚度是輪罩外板厚度的兩倍多，且輪罩加強(qiáng)板和后懸掛支架加強(qiáng)板均在輪罩外板中部，焊接過程中輪罩外板會被這兩個件拉動往外靠，使得輪罩外板的中部向上移動，而兩側(cè)的X向面自然就外張了。因此，在焊接夾具上不僅僅是要增加幾個輔助的支撐壓緊，對于輪罩總成焊接的X向面的外張的仿形支撐也是必須要增加的，這樣才能盡量阻止輪罩總成焊接變形所帶來的尺寸超差[6-7]。

5 問題經(jīng)驗總結(jié)

對于輪罩類總成的焊接調(diào)試部分，根據(jù)其項目階段出現(xiàn)的各種問題，進(jìn)行分析驗證，總結(jié)了一套焊接總成尺寸缺陷分析流程圖(圖9)來進(jìn)行尺寸分析。

圖9 焊接總成尺寸缺陷分析流程

6 結(jié)束語

介紹了汽車輪罩總成的尺寸開發(fā)及控制過程，主要通過分析總成的單件結(jié)構(gòu)構(gòu)成、裝配環(huán)境、基準(zhǔn)選擇、尺寸分析、焊接及工裝、人員影響等方面總結(jié)輪罩尺寸控制的主要方法。文中還結(jié)合項目階段生產(chǎn)中的出現(xiàn)的問題點及裝車缺陷進(jìn)行分析驗證并總結(jié)了一套對焊接總成尺寸缺陷分析流程圖，為后續(xù)輪罩類總成的項目開發(fā)提供了相應(yīng)的參考及經(jīng)驗。