白車身尺寸精度控制方法研究

宋曉飛

（江西吉利新能源商用車有限公司，江西 上饒 334000）

0 引言

當(dāng)前，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂米顝V泛的交通工具之一，人類社會也逐漸發(fā)展成為汽車社會。為了能夠搶占當(dāng)前汽車行業(yè)的市場先機(jī)，吸引更多的客戶，各個汽車制造商企業(yè)陸續(xù)推出更加符合當(dāng)前市場的汽車產(chǎn)品[1]。由于不同類型的汽車其動力、行駛過程中的性能等都大同小異，因此很難通過直觀的方式判斷汽車的質(zhì)量好壞，使得消費(fèi)者逐漸將關(guān)注點(diǎn)放在了白車身的制造精度上（白車身是指在汽車生產(chǎn)過程中，已經(jīng)完成了焊接工序，但并未進(jìn)行涂料裝飾的車身）。其主要原因是非專業(yè)的消費(fèi)者能夠通過眼睛更加直觀地看到整個汽車的車型，產(chǎn)生第一印象。而白車身的尺寸精度會直接影響到汽車整體的密封性、行駛噪聲以及平順度等，因此，白車身尺寸的精度控制是一項非常重要的總成，在汽車行業(yè)發(fā)展的過程中，也逐漸占據(jù)舉足輕重的地位[2]。白車身制造的流程主要包括：沖壓成型、焊接、質(zhì)量控制和管理等多個步驟，每一步驟當(dāng)中都會涉及眾多學(xué)科領(lǐng)域，因此白車身制造是一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)性工程。因此，為進(jìn)一步提高汽車生產(chǎn)的整體質(zhì)量，本文開展白車身尺寸精度控制方法研究。

1 SE分析

SE全稱“simultaneous engineering”，即“同步工程”，是通過在整車開發(fā)階段分析成本、產(chǎn)品性能、工藝性、質(zhì)量控制、維修等方面，提出改進(jìn)建議，盡量使產(chǎn)品研發(fā)與后期的工藝實(shí)施實(shí)現(xiàn)無縫對接。相比傳統(tǒng)的“順序研發(fā)”模式，同步工程在縮短研發(fā)周期、降低費(fèi)用和提高產(chǎn)品的可制造性上有異常優(yōu)異的表現(xiàn)，在業(yè)界應(yīng)用也越來越廣范。就國內(nèi)汽車行業(yè)來說，涂裝SE分析仍處于探索發(fā)展階段，雖然近年來部分主機(jī)廠引進(jìn)了涂裝SE分析專用軟件，如VirtualPaintShop的DIP（浸 洗）、EDC（電 泳）、ESC（靜電噴涂）、DRY（烘干）軟件，比利時Elsyca公司的ECoatMaster軟件，MAGNA的ALSIM軟件等來進(jìn)行數(shù)字化仿真，但使用尚未普及，大部分涂裝SE分析依然憑經(jīng)驗(yàn)對車身數(shù)模進(jìn)行直觀查看分析。

2 白車身尺寸精度控制方法設(shè)計

2.1 白車身沖壓工藝步驟選擇

在對汽車進(jìn)行生產(chǎn)時，白車身的各個結(jié)構(gòu)均采用沖壓工藝的方式完成，從白車身不同結(jié)構(gòu)的使用功能和需求角度可將其整體劃分為白車身外表面結(jié)構(gòu)件和白車身內(nèi)部結(jié)構(gòu)件。前者具有更加復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并且生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求其曲率合理、線條流暢并且具有良好的剛性強(qiáng)度，這一部分結(jié)構(gòu)尺寸的精度直接影響到最終客戶的購買意愿[3]。后者相對而言生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)較低，并且對尺寸精度的要求也同樣較大，主要決定白車身的自身性能。針對白車身尺寸的設(shè)計要求，沖壓工藝步驟選擇：落料——拉延——修邊沖孔——二次修邊沖孔。落料階段不需要進(jìn)行對精度的控制，只需要合理完成對白車身各個結(jié)構(gòu)生產(chǎn)材料的選擇即可。在拉延階段，將已經(jīng)剪裁成固定形狀的毛胚料利用白車身生產(chǎn)過程中特定的模具對其施加拉應(yīng)力，并使其形成各種不同形狀的空心件。

除此之外，根據(jù)白車身不同結(jié)構(gòu)需要，還需要對部分毛胚料進(jìn)行彎曲處理，使其形成特定的弧度。在處理過程中，需要保證毛胚料的曲率、角度和形狀均在相應(yīng)的精度范圍內(nèi)。除了拉延和彎曲工藝以外，在沖壓工藝當(dāng)中還會涉及其他成型工藝，例如：翻邊、縮口、校平等。不同成型工藝能夠?qū)崿F(xiàn)對白車身不同結(jié)構(gòu)的處理，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同車型對白車身不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性的處理，從而使其整體結(jié)構(gòu)形態(tài)滿足汽車設(shè)計要求。

2.2 白車身冷沖壓模具選擇

選擇白車身冷沖壓模具是控制其生產(chǎn)尺寸精度的前提條件，通常情況下，針對此方面工作的實(shí)施，是為了提供冷壓工藝支撐。在此過程中，通常將白車身冷沖壓模劃分為形成模型、彎曲模型、剪裁模型三種類型。其中剪裁模型是指可對現(xiàn)有工藝精度進(jìn)行邊框修剪、邊框沖孔等行為的磨具；彎曲模型是指可對現(xiàn)有工藝精度進(jìn)行卷邊處理的磨具；形成模型是指可對現(xiàn)有工藝精度進(jìn)行直接形成，且無須后期移動的磨具。在實(shí)際工作中，需要結(jié)合白車身冷沖需求，選擇不同類型的模具。

在完成對白車身冷沖壓模具選擇后，為了保證冷沖壓模具的精度，還需要對模具邊緣數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和測量。利用三維軟件對真實(shí)的白車身冷沖壓模具進(jìn)行模擬，通過模擬磨具獲取到邊緣數(shù)據(jù)信息[4]。將白車身冷沖壓模具對應(yīng)的數(shù)模和圖紙作為標(biāo)準(zhǔn)，利用激光掃描設(shè)備獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為待測量的白車身冷沖壓模具數(shù)據(jù)。結(jié)合白車身冷沖壓模具的橫截面面積，構(gòu)建測量基準(zhǔn)線，其公式為：

公式（1）中：P表示為中端映射中心位置橫向坐標(biāo)；P'表示為遠(yuǎn)端映射中心位置橫向坐標(biāo)；P''表示為近端映射中心位置橫向坐標(biāo)；m表示為中端映射中心位置縱向坐標(biāo)；m'表示為遠(yuǎn)端映射中心位置縱向坐標(biāo)；m''表示為近端映射中心位置縱向坐標(biāo)；z表示為不同映射中心位置空間坐標(biāo)；l表示為映射中心位置到白車身冷沖壓模具工作臺之間的距離。當(dāng)映射光線在運(yùn)動過程中滿足上述公式，則表示該映射光束為基準(zhǔn)線。將該基準(zhǔn)線引入到三維軟件當(dāng)中完成對白車身冷沖壓模具測量。

2.3 白車身尺寸偏差檢測

為確保在進(jìn)行白車身生產(chǎn)和制造的過程中，具有更高的尺寸精度，還需要對白車身尺寸偏差進(jìn)行檢測。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)，本文選擇三種不同的檢測方法。分別為光線反射檢測、檢具檢測以及三坐標(biāo)測量裝置檢測。

第一種檢測方法主要是利用酒精材料，將其與高速機(jī)油按照7:1的比例進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁渫耆诤虾螅倮密浢π枰M(jìn)行偏差檢測的白車身尺寸進(jìn)行均勻地涂抹。在光線照射充足的條件下，觀察光線的反射情況，若光線反射后形成的夾角與入射角一致，則說明該檢測位置不存在尺寸偏差，或尺寸偏差在允許精度范圍以內(nèi)。若光纖反射后形成了漫反射，則說明出現(xiàn)漫反射區(qū)域的結(jié)構(gòu)尺寸偏差較大，不符合生產(chǎn)要求。

第二種檢測方法主要利用白車身產(chǎn)品數(shù)模經(jīng)過加工中心，將樹脂類材料加工出需要進(jìn)行檢測的白車身結(jié)構(gòu)尺寸，觀察其與檢具之間的縫隙距離，并完成對若干測量點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，以此實(shí)現(xiàn)對白車身不同結(jié)構(gòu)尺寸偏差的表達(dá)。常用的檢具主要包括電子量規(guī)、百分表等。但采用這種偏差檢測方法，僅能夠達(dá)到0.1 mm左右精度，因此針對白車身尺寸精度更高的結(jié)構(gòu)需要采用第三種檢測方法。

第三種檢測方法主要用于對更高精度要求的白車身結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行偏差檢測，利用三坐標(biāo)測量設(shè)備對正在生產(chǎn)過程中的白車身結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行精確測量。但這種檢測設(shè)備成本相對較高，因此不同汽車生產(chǎn)廠可根據(jù)企業(yè)自身條件，對上述三種不同偏差檢測方法進(jìn)行合理選擇。

2.4 構(gòu)建尺寸偏差補(bǔ)償機(jī)制

在完成上述相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，對白車身尺寸精度控制進(jìn)行質(zhì)量分析，結(jié)合相關(guān)研究成果，導(dǎo)致構(gòu)建尺寸偏差的主要原因可被劃分為三種。其一為對白車身自身表面問題，包括車身出現(xiàn)漆體形變、凸凹、起毛等現(xiàn)象；其二為對白車身自身的剛性性能較差所導(dǎo)致，例如，大范圍的形變、車身坍塌等；其三為尺寸問題，即在公允范圍內(nèi)偏差值較高等。

針對上述提出的多種問題，下述將采用構(gòu)建尺寸偏差補(bǔ)償機(jī)制的方式，對存在的偏差進(jìn)行補(bǔ)償。具體內(nèi)容如下。

其一為制定良好的形成工藝。即在相關(guān)工作中，引進(jìn)高新生產(chǎn)技術(shù)，包括CAE技術(shù)、ATU技術(shù)等，使用仿真材料，對車身進(jìn)行拉伸成型檢測，當(dāng)檢測結(jié)果符合尺寸精度要求后，即可使用此種技術(shù)，進(jìn)行白車身尺寸偏差的補(bǔ)償。

其二為選擇性能較為優(yōu)良的設(shè)計材料，由于白車身自身的形成難度較高，其能否一次成型，也在很大程度上與其選擇材料具有直接關(guān)系。因此，在選擇白車身形成材料的過程中，可結(jié)合尺寸精度需求，選擇市場信譽(yù)度較高的供應(yīng)商，并同步對材料的拉伸性能進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測結(jié)果拉伸性能符合實(shí)際工作需求后，便可將選擇的材料進(jìn)行投入生產(chǎn)與設(shè)計使用。

其三為對拉延筋的合理化設(shè)計。在此過程中，應(yīng)結(jié)合白車身對拉延伸的需求，選擇至少一條拉延筋，并與此同時對形成角度（/夾角角度）進(jìn)行控制（常規(guī)情況下，角度控制在90°為最佳），以此種方式確保拉延筋的合理化設(shè)計。

其四為對沖擊件的回彈設(shè)計，在進(jìn)行白車身塑性的過程中，可結(jié)合回彈的形變，對其半徑與模具間隙進(jìn)行設(shè)計，當(dāng)回彈量相對較低時，可通過定義其屈服度的方式，對此方面進(jìn)行控制，當(dāng)回彈量相對較高時，需要結(jié)合板件的曲變率進(jìn)行控制[5]。總之，在構(gòu)建尺寸偏差補(bǔ)償機(jī)制的過程中，需要綜合不同白車身對尺寸精度的需求，在滿足相關(guān)工藝設(shè)計的前提下，設(shè)計更加良好的補(bǔ)償方式，以此確保構(gòu)建的白車身尺寸可滿足其精度需求。綜合上述提出的四點(diǎn)內(nèi)容，完成對偏差補(bǔ)償?shù)难芯浚鉀Q尺寸精度控制中存在的多種問題。

3 對比實(shí)驗(yàn)

在樣車試制階段，為了驗(yàn)證本文提出的白車身尺寸精度控制方法在實(shí)際應(yīng)用中的效果，本文將該方法與傳統(tǒng)控制方法進(jìn)行對比，完成如下對比實(shí)驗(yàn)：

根據(jù)汽車的設(shè)計圖紙，對關(guān)鍵尺寸進(jìn)行識別，并明確不同尺寸的實(shí)際需求大小，分別完成對兩組相同型號樣車的試制，其中一組利用本文提出的白車身尺寸精度控制方法，并將其設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組；另一組利用傳統(tǒng)精度控制方法，并將其設(shè)置為對照組。完成兩組樣車的試制后，利用三坐標(biāo)測量工具以及相關(guān)輔助工具，對白車身各個結(jié)構(gòu)位置上的不同尺寸進(jìn)行測量（測量位置主要包括：前懸架橫梁結(jié)構(gòu)、上擺臂結(jié)構(gòu)、推力桿結(jié)構(gòu)、扭桿結(jié)構(gòu)、后板簧結(jié)構(gòu)、前后減震銷結(jié)構(gòu)等）。將尺寸偏差大小作為評價兩種控制方法的評價指標(biāo)，并將測量結(jié)果進(jìn)行記錄，繪制成如表1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表。

表1 兩種控制方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表

從表1中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在對多種不同白車身結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行測量后得出，本文控制方法的尺寸偏差均小于0.70 mm，而傳統(tǒng)控制方法尺寸偏差均超過了4.50 mm，明顯本文控制方法的尺寸偏差更小。因此，通過對比實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的白車身尺寸精度控制方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠滿足汽車生產(chǎn)過程中更高精度的生產(chǎn)要求，進(jìn)一步減小汽車新車型開發(fā)和制造風(fēng)險，以此提高汽車整體生產(chǎn)質(zhì)量。

4 結(jié)束語

本文通過開展白車身尺寸精度控制方法研究，提出一種全新的控制方法，并通過實(shí)驗(yàn)證明了該方法的實(shí)際應(yīng)用效果。將該方法應(yīng)用到實(shí)際白車身加工生產(chǎn)流程當(dāng)中時，汽車生產(chǎn)廠商還應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身實(shí)際條件以及對白車身尺寸的精度需要，對控制方法進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，擴(kuò)大該方法的應(yīng)用范圍。