汽車車身制造過程影響尺寸質量的因數及改善措施

覃慶澤

摘要：通過汽車車身制造中發生的實際案列，從焊接熱、焊槍沖擊、輸送沖擊及工藝方案等方面分析了汽車車身制造過程中影響車身尺寸質量的因素及相應的改進措施。

關鍵詞：制造過程;尺寸;影響因數;改進措施

中圖分類號：U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0071-02

0? 引言

車身在汽車中的作用猶如骨骼在人體的作用，車身決定著汽車其他部件的相對關系，不但影響汽車的靜態感知質量，也影響汽車的NVH、操控性及耐久性等關鍵性能，如何在制造過程辨識出影響車身尺寸質量的因素并加以抑制是保證車身尺寸質量的關鍵。

1? 焊接熱變形

車身零件基本是薄板件，厚度從0.6mm到2.5mm不等，焊點及焊縫分布隨著連接面千變萬化，而焊接是一個對零件不均勻加熱的過程，會引起零件的塑性變形，對于不等厚度的薄板或焊縫不對稱的構件，由于不對稱的殘余塑性應變，焊接后結構會向薄板一側或焊縫一側翹曲。圖1及表1是焊接熱變形的實際案例：大梁是一典型的箱型結構，大梁底部有側拉桿支撐座，上部有加強板、地板、橫梁連接等，大部分焊點位于大梁上部，焊接不均勻熱輸入導致大梁上部產生殘余塑性變形，引起大梁中部向下彎曲，因此造成側拉桿安裝點等關鍵點的Z向（高度）尺寸偏低，最大偏差達5mm，而且偏差隨著焊接過程逐步增加。針對這種焊接熱引起的變形，通常采用下列措施進行抑制：①剛性夾緊法-在工裝上增加夾緊點及加大夾緊力，通過對零件的剛性約束減少變形;②反變形法-根據試驗結果在定位工裝上讓零件的控制點處于變形的反向位置，補償焊接彎曲引起的偏差量。

2? 焊槍沖擊力

電阻點焊是車身制造的主要工藝，而傳統的氣動焊鉗因其經濟性在電阻點焊中得到廣泛應用。傳統的氣動焊槍因驅動氣壓不能隨工況實時控制調節，因此活塞桿的移動速度不能控制，焊槍在接近工件時活塞桿依然保持較大的速度，對工件產生很大的沖擊力，特別是人工焊接時，如果不能定位并維持好焊鉗靜電極的位置，工件的變形會更大。圖2是一個尾門焊接受焊槍沖擊力影響的數據：原焊接夾具在尾門頂部區域只有2個支承定位，焊接區域支承點不足，焊接使用的是C型手工焊鉗，焊接沖擊力引起零件向下變形，所有測點都超出公差范圍（紅色為超差）（圖2表中欄1數據）。對于焊槍沖擊引起的變形，可以通過在夾具上增加支撐點或墊板來改善，尾門上部支撐定位塊由2個改為4個后，焊接變形量得到明顯改善（圖2表中欄2數據）。

3? 輸送過程的變形

汽車的制造過程也是物料的流動過程，物料按一定的順序及節拍在焊接線的工位間輸送，除了小的零件直接采用人工搬運外，重大的零件搬運需要靠輸送設備來實現，車身工位間輸送方式有葫蘆吊具、往復桿、滾床滑撬、機器人等，在選擇輸送方式時，除了考慮成本及節拍要求外，還需要考慮輸送方式對制件尺寸質量可能產生的影響，并根據分析結果采取相應的措施。

3.1 葫蘆吊具輸送

葫蘆吊具設計簡單、成本低，是線旁物料以及低節拍簡易生產線工位間輸送的最常見方式。但葫蘆吊具因其結構特點，屬于軟連接吊具，起吊時很難保證起吊力處于被吊物重力中心，工件容易出現偏斜，而工件因焊接變形通常被夾具卡得很緊，導致起吊力遠大于制件本身的重量，引起工件變形。為了減少起吊引起的零件變形，工裝上一般采用兩種方法：①夾具的定位銷采用伸縮銷，作業完成后通過氣缸使定位銷回縮脫離工件;②工裝上增加工件的舉升機構，作業完成后通過舉升機構的垂直舉升讓工件平行地脫離定位銷。

3.2 往復桿輸送

往復桿輸送具有速度快、定位精度高、操作方便等優點，在車身車間主線體的工位間輸送得到廣泛應用。但往復桿輸送需要通過托架上升、下降來實現車身與夾具的脫離及就位，由于往復桿托架上升接觸工件和下降脫離工件的瞬間線速度劇變，使工件受到很大的沖擊，沖擊力會是車身重量好幾倍，在如此大的沖擊力下，如果輸送前車身定位焊點數量不足或分布不合理，經過輸送后車身就會發生下沉。

圖3是往復桿輸送沖擊造成側圍下沉的一組實際數據：側圍與下車體間定位焊點共12點（圖中紅點所示），靜態下12個定位焊點支撐側圍的重量綽綽有余，但車身通過往復桿輸送到下一工位后，側圍后部（圖3點353，354）出現嚴重下沉（圖3表1，2對應列數據），分析其原因是：側圍后部受結構限制，定位焊接時側圍后部只與下車體的后地板延伸板有定位焊點，而后地板延伸板剛度很差，在輸送沖擊力作用下容易變形，從而引起側圍下沉。通過在后輪罩內板與地板間增加2道CO2焊縫做試驗（見圖3中CO2焊縫），后側圍下沉得到明顯改善（圖3中3-6對應列數據），類似的側圍下沉現象在其他往復桿輸送線上也有體現。針對往復桿輸送下沉問題，通過采取這些措施改善：①降低托架升降速度，減少沖擊力;②夾具上增加緩沖機構，減少沖擊力;③在側圍與下車體剛度大部位增加定位焊點。

4? 焊接工藝方案

焊點分布是一個焊接結構根據其性能需要規定的焊點數量及其位置要求，受生產線節拍及工裝結構的影響，一個結構上的焊點可能需要分幾個工位焊接完成，其中在裝件工位零件處于夾緊狀態下完成的焊點叫定位焊點，其他焊點叫補焊，定位焊點的作用在于固定零件之間的相對位置，工藝方案中如何選取定位焊點，對制件的尺寸質量有很大的影響。圖4是某一車型前輪罩、前大梁與前隔板的焊接結構及焊點布局，因受夾具結構影響，框內的焊點都規劃在補焊工位，輪罩的定位焊點僅能布置在前大梁及前隔板下部，結果焊后前輪罩上的前懸安裝點尺寸很不穩定，誤差超出公差范圍，而前懸安裝點是很關鍵的產品尺寸，制造過程必須保證，造成該尺寸不穩定的主要原因是：定位焊點遠離前懸安裝點，輪罩類似懸臂結構，底部的微小偏差會引起前懸安裝點很大的變動，要保證前懸安裝點的尺寸穩定，輪罩上部必須有定位焊點。在受定位工裝限制無法用焊槍增加定位焊點的情況下，我們通過用CO2焊在輪罩上部黃色焊點區加一定位焊縫，解決了尺寸不穩定的問題。

5? 結論

汽車車身的尺寸質量不但取決于沖壓件等零件的尺寸質量，還會受車身制造過程的各種非尺寸因素影響，在設計車身焊接生產線時，只有充分考慮工裝、工藝及設備等因素對車身尺寸的潛在影響并采取預防措施，才能獲得高精度的合格車身。

參考文獻：

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