于子秋，于躍

1.北京汽車研究院 北京 100300

2.瑪斯特輕量化科技（天津）有限公司 天津 300000

在汽車開發(fā)過程中，在產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)，基本能保證產(chǎn)品的合理性。工藝分析工作經(jīng)常出現(xiàn)各專業(yè)工藝工程師單獨與產(chǎn)品部門提出同步工程提案，同步工程中缺少各專業(yè)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，出現(xiàn)提出的提案水平參差不齊，有時還出現(xiàn)各專業(yè)提案內(nèi)容相?，F(xiàn)象。在制造開發(fā)階段，各專業(yè)工藝制定階段，各專業(yè)之間的工藝交流具有隨意性，缺乏系統(tǒng)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，容易對后期階段造成不必要的質(zhì)量事故，嚴(yán)重影響汽車的質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率，同時也會增加后期工裝改進(jìn)、生產(chǎn)組織與服務(wù)等方面的成本。

同步工程就是根據(jù)車身開發(fā)工作具體情況，制定適合自己的工藝同步工程平臺，把工藝同步工程制度化、流程化及細(xì)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化，階段性地對各專業(yè)同步工程內(nèi)容統(tǒng)一評審達(dá)成一致后再提報設(shè)計部門，這樣才能保證工藝同步工程工作有效、系統(tǒng)地進(jìn)行。

同步工程就是將產(chǎn)品存在的制造相關(guān)的問題提前提報給設(shè)計部門，將工藝設(shè)計內(nèi)容也提前提報給設(shè)計部門。在開發(fā)數(shù)據(jù)未凍結(jié)時，做到產(chǎn)品數(shù)據(jù)滿足工藝要求。

焊裝同步工程就是焊裝工藝工程師的在車身數(shù)據(jù)開發(fā)整個周期，與車身開發(fā)同步，完成對車身數(shù)據(jù)工藝適應(yīng)性校核，完成對車身數(shù)據(jù)的工藝輸入，避免生產(chǎn)線工裝設(shè)備制造階段成本的增加和生產(chǎn)線匹配周期的延長。

焊裝同步工程

焊裝同步工程就是產(chǎn)品開發(fā)過程中，車身設(shè)計和工藝、工裝的開發(fā)，產(chǎn)品和質(zhì)量目標(biāo)同步進(jìn)行，產(chǎn)品開發(fā)從造型開始到車身數(shù)據(jù)設(shè)計完成的整個設(shè)計過程中，都要考慮后序工藝和工裝的水平和能力，考慮質(zhì)量目標(biāo)的實現(xiàn)要求，即產(chǎn)品開發(fā)時就要考慮到整個產(chǎn)品生命周期的所有因素（質(zhì)量、成本、周期和客戶要求）的一種系統(tǒng)方法。

焊裝同步工程主要包含以下內(nèi)容：車身結(jié)構(gòu)合理性分析、裝配可行性分析、車身定位合理性分析、焊鉗的通過性分析、涂膠（點焊膠、結(jié)構(gòu)膠、減振膠及折邊膠）的合理設(shè)計、包邊工藝合理性及焊接工藝流程圖制作等七個方面。通過同步工程工程師對車身初版數(shù)據(jù)的制造可行性分析，避免凍結(jié)數(shù)據(jù)后出現(xiàn)大量的工程有關(guān)的改變，避免制造周期的增加和制造成本的增加，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。車身同步工程的輸入和輸出見表1。

表1 車身同步工程的輸入和輸出

1.車身結(jié)構(gòu)合理性分析

1）板材料厚比≤3:1。在焊接兩種板材料厚焊接時，兩種材料厚度比＞3:1時，形成的焊接熔核更多的集中到了板材較厚的一側(cè)，且形成的焊接熔核過小，造成了焊接強(qiáng)度的不足（見圖1）。因此，通常要求板材料厚比≤3:1 。

圖1 不同板厚焊核斷面

2）避免四層焊，由于四層焊焊接質(zhì)量不確定性，四層焊在汽車制造中很少采用；

3）總成焊接對沖壓件厚度的要求，兩種或三種焊接板材總厚度≤5.5mm，超過5.5mm時，焊接質(zhì)量可靠性不能保證。

3）沖壓件結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量直接影響著焊接精度，如沖壓件三角筋設(shè)計，避免了沖壓件側(cè)面全部接觸，減少了沖壓件匹配工作量（見圖2），提高焊接總成的匹配效率。

圖2 沖壓件三角筋設(shè)計

4）U形沖壓件設(shè)計結(jié)構(gòu)中，焊接總成五個面均為搭接面通常是不采用的。由于沖壓件回彈不能全部消除，板件回彈會造成兩個板件不能完全貼合，合理的匹配面設(shè)計，應(yīng)保證兩個板件焊接面可以有效地貼合，一般避免五個面搭接（見圖3），通常采用四個面搭接（見圖4）。

圖3 應(yīng)避免五個面搭接

圖4 采用四個面搭接

5）焊接邊最佳長度尺寸的確定，焊接邊通常為14m m；由于車門導(dǎo)軌外飾膠條裝配的影響，采用φ11mm的電極，車門導(dǎo)軌一般為11mm（見圖5）。

圖5 車門導(dǎo)軌寬度設(shè)計

6）考慮到車門裝配飾條和視覺效果的影響，車門門洞位置寬度尺寸為12mm，側(cè)圍外板寬度比內(nèi)板大1mm（見圖6）。

圖6 側(cè)門門洞寬度設(shè)計

2.裝配的可行性分析

1）首先，裝配過程中，組成件不存在干涉；然后，兩個組件運行過程中件1和件2不干涉，同時應(yīng)避免運行過程中一直接觸（見圖7）。

圖7 件2運行過程中與件1接觸

2）兩個沖壓件單件公差再加上裝配公差的關(guān)系，板件邊緣到另一沖壓件圓角距離定義為≥3mm，否則，就存在干涉風(fēng)險（見圖8）。

圖8 板件到圓角距離≥3mm

3）為避免干涉，非焊接面應(yīng)留≥2mm間隙（見圖9）、板件間圓角間隙1mm（見圖10）。

圖9 非焊接間隙9mm

圖10 圓角間隙1mm

3.車身定位的合理性分析

1）一般情況下，沖壓件采用2個圓孔定位，有時考慮到材料較?。?.6～0.8mm），板件尺寸較大（長×寬≥1000mm×1000mm），定位孔距≥800mm，采用4個孔定位的過定位設(shè)計，以克服板件剛性差帶來的尺寸偏差（見圖11），采用4個圓銷。

圖11 過定位孔設(shè)計

2）從車身尺寸精度穩(wěn)定性考慮，前后工序定位保持一致性，沖壓件和焊接總成定位的一致性分析，都有效地降低了數(shù)據(jù)凍結(jié)后設(shè)變的費用和制作周期，如前、后工序定位孔、定位面位置不允許變化。

4.焊鉗的通過性

一般根據(jù)工程師經(jīng)驗和通用焊鉗的模擬，確定焊接結(jié)構(gòu)的焊鉗通過性，焊鉗運用分析數(shù)據(jù)應(yīng)考慮：

1）減少焊鉗種類和數(shù)量，通過減少焊鉗種類和數(shù)量分析，可以大大地節(jié)約開發(fā)成本。

2）采用通用焊鉗，避免特殊焊鉗、特殊電極，也是降低成本的有效途徑。

3）焊鉗干涉應(yīng)考慮設(shè)計結(jié)構(gòu)更改和焊接邊延長、焊點位置的調(diào)整（見圖12）。

圖12 焊鉗通過性模擬

4）特殊車身結(jié)構(gòu)或特殊焊接部位采取有效地解決措施，除采用特殊焊鉗、特殊電極外，應(yīng)考慮采用結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)和螺栓聯(lián)接等手段。

5.涂膠的合理設(shè)計

涂膠的設(shè)計應(yīng)分析車身需要采用涂膠的部位和需要涂膠型面的形狀。

1）點焊膠、結(jié)構(gòu)膠涂膠設(shè)計基本準(zhǔn)則必須規(guī)避凸臺、圓角、缺口處（見圖13）等非貼合面，避免涂膠無效設(shè)計，浪費多余成本。

圖13 結(jié)構(gòu)膠避讓圓角

2）減振膠涂膠設(shè)計如圖14所示，折邊膠涂膠設(shè)計如圖15所示。

圖14 減震膠涂膠設(shè)計

圖15 這邊膠涂膠設(shè)計

6.包邊工藝可行性

1）四門兩蓋（五門一蓋）機(jī)器人包邊寬度基本原則一般8mm（見圖16）；專機(jī)包邊一般10mm，包邊寬度設(shè)計不合理，包邊寬度過大或過小都會直接導(dǎo)致包邊效果不好、包邊強(qiáng)度不夠。

圖16 門蓋滾邊寬度設(shè)計

2）拐角和高度差很大時一般不能完全包邊，外板包邊寬度（2.5～3.5）mm±0.5mm過度即可，如圖17所示。

圖17 拐角處包邊設(shè)計規(guī)范

3）機(jī)蓋后部水滴包邊斷面尺寸按照圖18所示要求即可。

圖18 水滴包邊高度和寬度

7.焊接工藝流程圖

焊接工藝流程圖的設(shè)計應(yīng)盡量做到焊裝工序數(shù)量最小化，以控制工裝開發(fā)成本，直接指導(dǎo)生產(chǎn)線工裝設(shè)計制造。結(jié)合tecnomatix軟件（或者Delmia、sysweld軟件）進(jìn)行PD、PS生產(chǎn)線虛擬仿真技術(shù)，合理地分配工位和焊點工時平衡，優(yōu)化焊裝工藝設(shè)計。按照生產(chǎn)規(guī)劃科學(xué)地分解白車身每個工序節(jié)拍，滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)要求，使制造規(guī)劃前移到設(shè)計階段，節(jié)約了大量的焊裝工藝規(guī)劃時間；根據(jù)車身數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拆分工序，確定焊接方式和工序排布，完成焊裝工藝流程圖（見圖19）。

圖19 焊接工藝流程

焊裝同步工程在某車型上的應(yīng)用

下面從裝配可行性應(yīng)用、車身定位合理性應(yīng)用、車身定位對車身精度的影響、焊接工藝流程圖及車身定位共線方案的選取五個方面進(jìn)行闡述。

1.裝配的可行性應(yīng)用

具有初步焊裝知識的工程師都認(rèn)為裝配的可行性就是看數(shù)據(jù)是否干涉很簡單，其實不然，裝配干涉不僅僅限于各部件之間數(shù)據(jù)干涉，而是檢查數(shù)據(jù)各部件在裝配過程中是否干涉、是否存在干涉的風(fēng)險（見圖20）件1（側(cè)圍）裝配水平運行過程中易與件2（通風(fēng)室）干涉，為避免干涉，要求通風(fēng)室 “面3”向上傾斜“7°”，這樣設(shè)計就可以避免側(cè)圍合拼過程中與通風(fēng)室干涉。

圖20 側(cè)圍裝配時避免與通風(fēng)室干涉

某車型側(cè)圍內(nèi)板如圖21a所示，B柱和C柱之間沒有連接，側(cè)圍內(nèi)板總成尺寸不穩(wěn)定，裝配白車身后，側(cè)圍內(nèi)板上各裝配孔位不穩(wěn)定，影響整車精度。在同步工程分析數(shù)據(jù)時，在不影響車身結(jié)構(gòu)前提下，增加了1個連接板沖壓件（見圖21b），形成了新的側(cè)圍內(nèi)板總成（見圖21c）。這樣，側(cè)圍內(nèi)板總成運輸、定位比較可靠，裝配時尺寸精度穩(wěn)定，保證了車身總成的尺寸穩(wěn)定性。

圖21 側(cè)圍內(nèi)板總成工藝分析案例

2.車身定位的合理性應(yīng)用

在汽車行業(yè)，車身定位設(shè)計工程師很多，但能做到車身定位設(shè)計合理，成本最低，車身焊接變形最?。ú缓瑳_壓件回彈變形）的優(yōu)秀設(shè)計并不多。車身定位除了考慮最基本的3-2-1設(shè)計原理外，更多的要考慮車身定位設(shè)計中過定位的合理運用。

1）側(cè)圍外板一般設(shè)計為一圓、一個菱形銷。為防止側(cè)圍外板X向尺寸不穩(wěn)定，側(cè)圍外板采用了過定位設(shè)計，采用了2個圓銷（見圖22）。

圖22 側(cè)圍定位孔過定位應(yīng)用

2）側(cè)圍定位面采用過定位設(shè)計，保證了側(cè)圍總成焊接過程中焊接變形的最小化（見圖23）。

圖23 側(cè)圍過定位應(yīng)用

3.車身定位對車身精度影響

車身定位對車身精度的影響主要從定位孔和面的一致性闡述車身定位對車身制造的影響：

1）后地板骨架總成工位后縱梁前部采用a處定位；后地板總成工位采用定位面b（見圖24），這樣，兩個工位定位面不一致。

圖24 定位面比較1

2）后地板骨架總成工位后縱梁采用定位面a；白車身測量支架采用定位面b；下車體總成采用了定位面c（見圖25）。

圖25 定位面比較2

白車身總成檢測時，支撐面b與車身存在1mm間隙，由于后縱梁定位面位置一致在變化，不能確定是哪個工位后縱梁產(chǎn)生了焊接變形；利用白車身檢測數(shù)據(jù)解析問題點時，問題產(chǎn)生的原因就會分析得不準(zhǔn)確，影響白車身匹配提高白車身精度的周期。在定位面修改統(tǒng)一后，直接找到后梁架總成工位焊接變形部位，后縱梁超差點，采取模具修整措施，很快解決了問題。該項定位更改造成的模、夾、檢具費用合計至少5萬元，制造周期1個月。如此可見，定位的一致性對工裝制造重要性。

4.車身定位共線共線方案的選取

車身定位共線方案以現(xiàn)有項目四個車型下車身共線定位方案為例，闡述車身定位共線方案對不同車型設(shè)計及平臺通用化的作用。

1）首先確定共線定位的原則，考慮到凸輪定位機(jī)構(gòu)限制，每個車型之間定位孔、定位面位置坐標(biāo)距離≤200mm。

2）然后將Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個車型下車體數(shù)據(jù)裝配在一起，以B車型為基準(zhǔn)，下車體主定位孔采用前縱梁后段的基準(zhǔn)孔B、副定位孔采用后縱梁定位孔C，輔助基準(zhǔn)孔采用前縱梁前段定位孔D；采用前縱梁定位面A1、A2、A3、A4和前地板縱梁A5、A6、后縱梁定位面A7、A8、Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ車型根據(jù)Ⅱ車型定位坐標(biāo)，選取定位孔、面或增加連接支架等結(jié)構(gòu)確定定位孔、面的位置。

本方案規(guī)定了下車體主定位銷和主定位面，在開發(fā)4個車型時可以實現(xiàn)生產(chǎn)線共線，避免了從Ⅰ到Ⅳ四個車型產(chǎn)品開發(fā)時，因共線論證時導(dǎo)致更改設(shè)計時成本的增加。共線應(yīng)用后，在其他生產(chǎn)線設(shè)計中進(jìn)行了推廣。

5.焊接工藝流程圖

1) 某車型根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)（雙班年產(chǎn)10萬臺）把下車體總成分解每個工序組成件，保證生產(chǎn)節(jié)拍滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)要求；根據(jù)車身數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拆分工序，按照現(xiàn)有生產(chǎn)線焊接方式確定工序排布，完成焊裝工藝流程圖，直接指導(dǎo)生產(chǎn)線工裝設(shè)計制造。

根據(jù)節(jié)拍合理分配焊點，平衡每個工位工時，定位焊點確定后，其余焊點分配到補(bǔ)焊工位（見圖28）。節(jié)拍的計算，每小時制造臺份（JPH）=年產(chǎn)量臺份（雙班）÷2÷251 天÷0.85設(shè)備開動率÷8h，計算得生產(chǎn)節(jié)拍2min/臺。

2) 通過焊接流程圖設(shè)計，提前發(fā)現(xiàn)不合理的設(shè)計，如下車體生產(chǎn)線沒有裝配通風(fēng)室工位，只能將通風(fēng)室放到機(jī)艙梁架總成區(qū)域，及時更改車身結(jié)構(gòu)，避免了設(shè)變。

結(jié)語

焊裝同步工程在汽車制造中的作用主要包含以下內(nèi)容：

1）減少凍結(jié)后數(shù)據(jù)的設(shè)計變更，降低產(chǎn)品開發(fā)成本。

2）減少車身凍結(jié)后數(shù)據(jù)的設(shè)計變更，避免因產(chǎn)品設(shè)計變更造成的制造周期的延長。

3）車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證產(chǎn)品制造的質(zhì)量。