新能源汽車全鋁車身前端模塊精度提升研究

劉鑫

摘 要 鋁合金是汽車輕量化的首選材料，其綜合性價比較高，但鋁合金的熱膨脹系數大，容易產生焊接變形，影響車身焊接精度。本文運用魚骨圖分析研究了LITE車輛鋁合金框架式車身前端焊接變形的影響因素，找到了問題要因，制定了針對性的改善措施，通過更改組件尺寸、工藝路線、增加過程檢具和反變形調整提升了前端精度，并采用SPC分析法制定了防再發措施，減少了變形導致的不合格品，降低了返工成本。最終前端常規尺寸符合率從72%提升至了92%，功能尺寸合格率從73%提升至了93%。

關鍵詞 輕量化;鋁合金;焊接變形;精度提升

前言

（1）案例背景

隨著人們對環保的要求越來越高，新能源汽車已成為大眾購車的首選，新能源汽車的市場保有量逐年遞增。但新能源汽車與傳統汽車不同，動力電池重量就達到了數百公斤，占了整體重量的很大一部分，輕量化成為新能源汽車發展的迫切要求。輕量化的材料應用是汽車實現輕量化的最基礎手段，在這些材料中，鋁合金材料綜合性價比要高于鋼、鎂、塑料和復合材料，無論應用技術還是運行安全性及循環再生利用都具有比較優勢，所以鋁合金在汽車制造生產中得到了廣泛的應用[1]。但鋁合金的熱膨脹系數大，為碳鋼的2倍[2]，凝固時的體積收縮率達6.5%～6.6%，容易產生焊接變形，影響車身焊接精度。如果工件變形過大，還有可能造成無法矯正而成為廢品[3]。

通過研究LITE車輛鋁合金框架式車身的焊接精度，發現前端模塊的焊接精度是影響整車精度的關鍵因素。本研究將分析影響鋁合金車身前端精度的原因，尋求解決方案，提升前端精度。目前車身前端常規尺寸符合率為72%，功能尺寸合格率為73%。通過研究，將前端常規和功能尺寸符合率均提升至90%以上。

（2）問題提出及目標設定。項目目標：將前端常規和功能尺寸符合率均提升至90%以上。

1解決方案及改善效果

1.1 問題原因分析

（1）問題現狀。對初調階段的車身前端尺寸進行CMM測量，前端總成共246個測點，目前66個測點出現異常情況，車身常規尺寸符合率為72%，功能尺寸合格率為73%。

（2）原因分析。由CMM測點圖發現車身前端總成X、Y、Z三個方向精度均有突變，初步分析為前端總成焊接工位主定位發生異變。經過驗證發現，前端總成夾具測量OK，因而為前端總成主定位發生偏差。經過檢具測量，發現前端總成中底部骨架偏差較大，存在變形。由此鎖定前端精度不良的要因為底部骨架精度不良。

針對底部骨架的精度不良產生的原因運用魚骨圖進行分析，從人、機、料、法、環、測6個方面進行問題原因分析，如圖2。通過分析，確定①組件之間配合間隙大，導致零件焊接變形收縮量大;②焊縫設計過多，導致焊接變形量大;③未采取過程檢具控制;④零件開口設計，易產生焊接熱變形這四個原因為要因。

1.2 改善措施和方案制定

針對4項要因，制定了改善措施。

（1）更改組件尺寸，縮小配合間隙。

（2）更改工藝路線，將密集的焊縫分散到多個工位。

（3）增加過程檢具，進行100%測量。

（4）針對穩定變形，進行反變形調整。

1.3 防止再發措施

（1）通過對改善后的前端總成偏差數據進行SPC分析，明確每25組數據進行SPC分析，防止過程變異。

（2）制定《焊裝檢具管理標準》，明確分總成抽檢頻次，將結果記錄在《焊裝檢具檢查記錄表》。

2改善效果

（1）經過第一個階段為時3個月的設備調試及精度提升，對目前車身前端尺寸進行CMM測量，車身常規尺寸符合率達到92%，功能尺寸合格率達到為93%。

（2）有效減少了不合格品，前端總成報廢率從0.5%降低到0.1%。

（3）降低返工成本，底部骨架在線返工時間1小時/臺，按照工時費用100元/小時計算，降低返工費用100元/臺。

3案例總結

本研究通過分析影響LITE鋁框架車身前端焊接精度的關鍵要素，探索焊接變形的解決方法和預防措施，減少變形導致的不合格品，降低返工成本。

前端焊接變形的主要解決方法如下：

（1）更改組件尺寸，縮小配合間隙。

（2）更改工藝路線，將密集的焊縫分散到多個工位。

（3）增加過程檢具，進行100%測量。

（4）針對穩定變形對夾具進行反變形調整。

參考文獻

[1] 李有東，楊培杰.鋁合金在汽車上的應用及前景分析[J].上海汽車，2000（4）：28-30.

[2] Wang X，Gou G，Zhao J，et al.Land usage and develop-ment in high-speed train stations? and? its? traffic? impact? analysis[J]. Advanced Materials Research，2011（1）：1594-1597.

[3] 鄭義賓，侯彬.淺析H型鋼的焊接變形及其控制和矯正方法[J].金屬加工：熱加工，2012（14）：321-324.