試制白車身質量與精度控制系統的開發

馬鴻龍，任建新，呂鋒

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

前言

隨著汽車結構復雜性的提高，客戶對整車質量的要求也越發嚴格，產品結構、工藝設計以及生產制造都會對整車質量產生關鍵影響。所以需要在樣車試制階段驗證影響整車關鍵性能的尺寸，力求在產品量產前挖掘出更多的設計和工藝問題，并給出解決方案[1-2]。華晨汽車集團一直致力于汽車研發能力的提升，通過將白車身制造全過程模塊化、標準化和信息化，形成一套完整的提升白車身質量和精度的體系方法。

1 白車身質量和精度影響因素

影響車身質量和精度的因素很多[3-4]，包括產品設計、沖壓件質量、焊接夾具、焊接過程和尺寸工程等因素。產品設計不僅要滿足性能要求、經濟要求等指標，同時還要滿足工藝要求，尺寸工程是通過合理的定位，使產品達到前期設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，從車身設計到沖壓件質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同控制，提高白車身尺寸精度。

2 車身質量和精度控制措施

2.1 車身設計數據檢查

車身數據檢查是白車身制造的第一步，通過檢查發現設計錯誤及不合理的工藝問題，及時反饋給設計部門并更新數據。制定檢查流程和標準規范，將發現的錯誤反饋并跟蹤解決情況，可以減少一部分生產問題，提高效率。數據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以及 RPS點的設計[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點的制定應用于產品所有階段，應滿足：（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生的變形，需要在支持方向上設置多個定位基準；（2）基準統一原則：在車身的設計、制造以及檢測的過程中，基準點系統（工序點）要統一，沖壓件單件和焊接總成的基準點也要做到統一，具有良好的延續性，可以有效地將制造和檢測產生的誤差降到最小。

2.3 沖壓件質量控制

沖壓件質量控制主要包括模具控制和樣件檢測控制兩方面。重點關注模具工藝設計、結構設計、模具鑄造和激光切割精度幾方面，在源頭控制沖壓件質量。樣件檢測控制主要關注影響尺寸精度的型面及關鍵孔位，結合車身質量控制點，整理編制車身控制元素說明，并分解出每個零件的關鍵元素。制定詳細的檢驗標準：規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%；復雜的樣件，需要在模具設計之前進行CAE分析，確定鈑金件成形的穩定性和模具設計的準確性。

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。試制和小批量生產階段由于沖壓件質量不穩定、焊接工位少和夾具密集等問題，所以需要開發和采用一些特殊的控制方法保證焊接夾具的穩定性和可靠性，進而提高白車身焊接質量。

2.4.1 夾具開發過程控制

焊接夾具一般由BASE板、定位機構、夾緊機構和輔助機構組成。試制階段由于樣車數量較少，且生產節拍較慢，對夾具的加工質量和后期維護要求不高，控制措施主要針對夾具設計階段。

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 夾具開發過程控制

試制由于樣件狀態不穩定、焊接夾具單元布置密集，在夾具設計和焊接過程中采用一些創新措施：夾具設計時采取統一上下序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統一，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準，又可以觀察分總成焊接后是否變形嚴重；建立標準件庫和標準件實物庫，設計的夾具盡量使用標準件和常用的典型機構，節約夾具制造成本，并可重復利用。

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焊接的點焊順序，焊接變形最小，焊點不在同一平面上，優先焊接功能面和功能孔周圍的焊點；設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為車身側圍補焊平臺，利用仿形的支撐塊將側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定性和車身質量。

圖1 車身側圍補焊平臺

3 試制試驗與尺寸分析系統的開發

為實現以上措施及數據的規范化、標準化、信息化管理，提升試制管理的精細化水平，做到前期管控、過程監督及事后檢查，開發了試制試驗和尺寸分析系統，系統功能框架如圖2。

圖2 車身質量與精度提升系統框架

試制試驗系統以項目為管理對象，實現樣車試制過程管理及進展跟蹤，確保項目風險和問題及早發現并得到有效解決，將白車身制造流程標準化輸入，實現設計數據檢查、沖壓件質量控制、夾具質量控制、車身質量檢查信息化管理，建立質量監控知識庫，形成有效的知識積累，為知識共享提供信息化基礎，建立問題反饋流程，確保發生問題時可追溯、可分析。

尺寸分析系統分析車身測量點數據，能夠批量錄入車身測量點數據，通過數據計算和圖表分析功能，將車身測量點尺寸偏差可視化，根據偏差趨勢復測夾具精度、調整夾具結構或調整焊接過程參數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定，為樣車裝配和樣車試驗提供高精度白車身。

4 結論

本文分析了試制階段影響白車身質量和精度的因素，通過車身質量與精度控制系統的開發和應用，將白車身制造全過程模塊化、標準化和信息化，形成一套完整的提升白車身質量和精度的體系與流程，不僅提升整車質量，同時幫助縮短開發周期，減少開發費用，更重要的是提升了國內試制白車身制造能力，推動樣車制造集成創新和自主研發創新進程。