馬鴻龍，任建新，呂鋒

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

前言

隨著汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的提高，客戶對整車質(zhì)量的要求也越發(fā)嚴(yán)格，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計以及生產(chǎn)制造都會對整車質(zhì)量產(chǎn)生關(guān)鍵影響。所以需要在樣車試制階段驗證影響整車關(guān)鍵性能的尺寸，力求在產(chǎn)品量產(chǎn)前挖掘出更多的設(shè)計和工藝問題，并給出解決方案[1-2]。華晨汽車集團一直致力于汽車研發(fā)能力的提升，通過將白車身制造全過程模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化，形成一套完整的提升白車身質(zhì)量和精度的體系方法。

1 白車身質(zhì)量和精度影響因素

影響車身質(zhì)量和精度的因素很多[3-4]，包括產(chǎn)品設(shè)計、沖壓件質(zhì)量、焊接夾具、焊接過程和尺寸工程等因素。產(chǎn)品設(shè)計不僅要滿足性能要求、經(jīng)濟要求等指標(biāo)，同時還要滿足工藝要求，尺寸工程是通過合理的定位，使產(chǎn)品達(dá)到前期設(shè)定的尺寸和功能要求[5]。白車身是由眾多不同材料、形狀、料厚的沖壓件焊接而成，因此沖壓件的質(zhì)量也是影響白車身尺寸精度的重要因素[6]。焊接夾具的精度是車身焊接精度最根本的保障[7-8]，通過焊接夾具對沖壓件定形、定位、夾緊，保證焊接分總成的質(zhì)量。此外，焊接過程變形也是影響白車身焊接精度主要因素。綜上所述，從車身設(shè)計到?jīng)_壓件質(zhì)量以及焊接過程都會影響白車身尺寸精度，所以需要采取多種方法協(xié)同控制，提高白車身尺寸精度。

2 車身質(zhì)量和精度控制措施

2.1 車身設(shè)計數(shù)據(jù)檢查

車身數(shù)據(jù)檢查是白車身制造的第一步，通過檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤及不合理的工藝問題，及時反饋給設(shè)計部門并更新數(shù)據(jù)。制定檢查流程和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將發(fā)現(xiàn)的錯誤反饋并跟蹤解決情況，可以減少一部分生產(chǎn)問題，提高效率。數(shù)據(jù)檢查項目一般包括單件檢查、配合檢查、焊點及焊接面檢查。

2.2 尺寸工程控制

尺寸工程的控制主要涉及測量點的開發(fā)以及 RPS點的設(shè)計[9-10]。測量點的控制按功能測量點及工序測量點進行控制。RPS點的制定應(yīng)用于產(chǎn)品所有階段，應(yīng)滿足：（1）N-2-1定位原則：通常限制一個零件要限制它的六個自由度，但是對于薄板沖壓件，由于其強度較低，為避免由于重力作用而產(chǎn)生的變形，需要在支持方向上設(shè)置多個定位基準(zhǔn)；（2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則：在車身的設(shè)計、制造以及檢測的過程中，基準(zhǔn)點系統(tǒng)（工序點）要統(tǒng)一，沖壓件單件和焊接總成的基準(zhǔn)點也要做到統(tǒng)一，具有良好的延續(xù)性，可以有效地將制造和檢測產(chǎn)生的誤差降到最小。

2.3 沖壓件質(zhì)量控制

沖壓件質(zhì)量控制主要包括模具控制和樣件檢測控制兩方面。重點關(guān)注模具工藝設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具鑄造和激光切割精度幾方面，在源頭控制沖壓件質(zhì)量。樣件檢測控制主要關(guān)注影響尺寸精度的型面及關(guān)鍵孔位，結(jié)合車身質(zhì)量控制點，整理編制車身控制元素說明，并分解出每個零件的關(guān)鍵元素。制定詳細(xì)的檢驗標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)定樣件尺寸精度和配合要求；鈑金件變薄量不能超過其板厚的25%；復(fù)雜的樣件，需要在模具設(shè)計之前進行CAE分析，確定鈑金件成形的穩(wěn)定性和模具設(shè)計的準(zhǔn)確性。

2.4 焊接夾具控制

車身總成精度偏差70%是由夾具的偏差引起的，所以夾具精度是控制焊接精度的重要因素。試制和小批量生產(chǎn)階段由于沖壓件質(zhì)量不穩(wěn)定、焊接工位少和夾具密集等問題，所以需要開發(fā)和采用一些特殊的控制方法保證焊接夾具的穩(wěn)定性和可靠性，進而提高白車身焊接質(zhì)量。

2.4.1 夾具開發(fā)過程控制

焊接夾具一般由BASE板、定位機構(gòu)、夾緊機構(gòu)和輔助機構(gòu)組成。試制階段由于樣車數(shù)量較少，且生產(chǎn)節(jié)拍較慢，對夾具的加工質(zhì)量和后期維護要求不高，控制措施主要針對夾具設(shè)計階段。

車身在焊接夾具上的定位、夾緊與機加零件的定位、夾緊原理相同，不同之處在于普通機械加工零件屬于剛性件，而車身沖壓件是薄壁柔性件，因此通常使用或增加一些過定位來控制沖壓件的自身彈性變形。

2.4.2 夾具開發(fā)過程控制

試制由于樣件狀態(tài)不穩(wěn)定、焊接夾具單元布置密集，在夾具設(shè)計和焊接過程中采用一些創(chuàng)新措施：夾具設(shè)計時采取統(tǒng)一上下序RPS點的方法，定位銷、主定位面逐級繼承，保證焊接過程中基準(zhǔn)統(tǒng)一，避免誤差的累積；在精度要求較高的部位，例如定位面、定位孔、安裝孔，加入類似于檢具的檢測部件，既可以用來檢查沖壓件是否符合標(biāo)準(zhǔn)，又可以觀察分總成焊接后是否變形嚴(yán)重；建立標(biāo)準(zhǔn)件庫和標(biāo)準(zhǔn)件實物庫，設(shè)計的夾具盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件和常用的典型機構(gòu)，節(jié)約夾具制造成本，并可重復(fù)利用。

2.5 焊接過程控制

焊接過程變形也是影響車身精度的重要因素，一般采用以下措施減少焊接變形：車身重點部位焊接通過焊接試驗確定焊接軌跡，焊點在同一平面時從中間向兩側(cè)焊接的點焊順序，焊接變形最小，焊點不在同一平面上，優(yōu)先焊接功能面和功能孔周圍的焊點；設(shè)計制造輔助工裝進行總成補焊和運輸，減小補焊、運輸和存放過程中的變形，圖1為車身側(cè)圍補焊平臺，利用仿形的支撐塊將側(cè)圍分總成固定在平臺上，方便工人進行線下補焊和移動，這樣能夠很好地避免焊接過程中的分總成的竄動及焊接變形，進而保證了焊接過程的穩(wěn)定性和車身質(zhì)量。

圖1 車身側(cè)圍補焊平臺

3 試制試驗與尺寸分析系統(tǒng)的開發(fā)

為實現(xiàn)以上措施及數(shù)據(jù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化管理，提升試制管理的精細(xì)化水平，做到前期管控、過程監(jiān)督及事后檢查，開發(fā)了試制試驗和尺寸分析系統(tǒng)，系統(tǒng)功能框架如圖2。

圖2 車身質(zhì)量與精度提升系統(tǒng)框架

試制試驗系統(tǒng)以項目為管理對象，實現(xiàn)樣車試制過程管理及進展跟蹤，確保項目風(fēng)險和問題及早發(fā)現(xiàn)并得到有效解決，將白車身制造流程標(biāo)準(zhǔn)化輸入，實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)檢查、沖壓件質(zhì)量控制、夾具質(zhì)量控制、車身質(zhì)量檢查信息化管理，建立質(zhì)量監(jiān)控知識庫，形成有效的知識積累，為知識共享提供信息化基礎(chǔ)，建立問題反饋流程，確保發(fā)生問題時可追溯、可分析。

尺寸分析系統(tǒng)分析車身測量點數(shù)據(jù)，能夠批量錄入車身測量點數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)計算和圖表分析功能，將車身測量點尺寸偏差可視化，根據(jù)偏差趨勢復(fù)測夾具精度、調(diào)整夾具結(jié)構(gòu)或調(diào)整焊接過程參數(shù)來修正車身尺寸偏差，能夠有效提高車身尺寸精度并保持穩(wěn)定，為樣車裝配和樣車試驗提供高精度白車身。

4 結(jié)論

本文分析了試制階段影響白車身質(zhì)量和精度的因素，通過車身質(zhì)量與精度控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，將白車身制造全過程模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化，形成一套完整的提升白車身質(zhì)量和精度的體系與流程，不僅提升整車質(zhì)量，同時幫助縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費用，更重要的是提升了國內(nèi)試制白車身制造能力，推動樣車制造集成創(chuàng)新和自主研發(fā)創(chuàng)新進程。