儀表臺(tái)管梁焊接精度提升要點(diǎn)淺析

趙小霞　張栩濤　孫金生　蒙日亮

摘 要：論述當(dāng)前汽車儀表臺(tái)管梁焊接精度的現(xiàn)狀，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，從管梁焊接夾具方案設(shè)計(jì)、焊接變形仿真分析、工藝驗(yàn)證及固化等方面總結(jié)了管梁焊接精度提升的正向開(kāi)發(fā)流程及管控要點(diǎn)。結(jié)果顯示，通過(guò)正向開(kāi)發(fā)流程管控，管梁關(guān)鍵點(diǎn)的焊接精度由傳統(tǒng)的±1.5mm提升至±0.5mm，驗(yàn)證了流程及方法的有效性，對(duì)后續(xù)車型儀表臺(tái)管梁的開(kāi)發(fā)有很好的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：儀表臺(tái)管梁 焊接精度 夾具設(shè)計(jì) 焊接變形仿真

1 引言

隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，各主機(jī)廠之間競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，汽車內(nèi)飾件如何打造“超值感知”的內(nèi)外飾感官質(zhì)量至關(guān)重要。內(nèi)外飾感官質(zhì)量主要包含“四覺(jué)”的提升，即嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)以及視覺(jué)方面[1]。其中，視覺(jué)直接決定了客戶對(duì)內(nèi)飾件可視區(qū)美觀性的判定，而內(nèi)外飾件可視區(qū)的間隙/面差大小以及均勻性又直接決定了視覺(jué)的美觀性。因此，“超值感知”的內(nèi)外飾感官質(zhì)量要求對(duì)關(guān)鍵內(nèi)外飾總成的尺寸精度提出了更高的要求。而儀表臺(tái)總成作為整個(gè)內(nèi)飾件的客戶主視區(qū)，儀表臺(tái)和車門、車身等匹配的間隙/面差值主要受管梁的精度影響。

本文從實(shí)際車型工藝設(shè)計(jì)出發(fā)，歸納總結(jié)了儀表臺(tái)管梁焊接工藝正向開(kāi)發(fā)流程以及過(guò)程管控要點(diǎn)，從焊接夾具方案、焊接變形仿真分析、工藝調(diào)試等方面闡述。基于深入的理論研究并結(jié)合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)汽車儀表臺(tái)管梁精度管控及提升有較高的指導(dǎo)作用。

2 儀表臺(tái)管梁焊接精度現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的管梁作為二級(jí)件主要由供應(yīng)商管控開(kāi)發(fā)，主機(jī)廠重點(diǎn)對(duì)儀表臺(tái)模塊質(zhì)量做管控，因此，對(duì)管梁的前期工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程關(guān)注較少，管梁精度較差，存在以下的問(wèn)題：

從表1問(wèn)題可看出，傳統(tǒng)管梁精度已無(wú)法滿足“低成本、高質(zhì)量”的內(nèi)外飾感官質(zhì)量要求，需建立正向開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行儀表臺(tái)管梁精度管控。

3 儀表臺(tái)管梁焊接工藝正向開(kāi)發(fā)流程及管控要點(diǎn)

儀表臺(tái)管梁焊接工藝正向開(kāi)發(fā)流程包含焊接夾具方案設(shè)計(jì)、焊接變形仿真模擬分析、焊接工藝驗(yàn)證及工藝固化等方面，具體流程及相關(guān)管控要點(diǎn)如下：

3.1 焊接夾具方案

儀表臺(tái)管梁作為儀表臺(tái)模塊的安裝主體結(jié)構(gòu)，需為儀表臺(tái)本體等塑料件和空調(diào)/線束/副氣囊等電器件和功能件提供安裝點(diǎn)，根據(jù)配置定義及電器件集成情況，管梁的焊接二級(jí)件可多達(dá)35-40個(gè)。此外，管梁還需為儀表臺(tái)模塊和車身的連接提供安裝結(jié)構(gòu)[2]。因此，管梁的焊接夾具方案非常關(guān)鍵，直接影響到管梁的焊接強(qiáng)度及精度。

焊接夾具方案需考慮到其功能性和檢測(cè)性兩方面。

功能性方面，包含夾具定位結(jié)構(gòu)、裝取件要求、整體布置、焊接要求以及氣路布置等，具體管控要點(diǎn)如下：

（1）夾具定位結(jié)構(gòu)：所有定位基準(zhǔn)與最新的設(shè)計(jì)GD&T（Geometric Dimensioning and Tolerancing，幾何尺寸和公差）圖紙一致，定位銷采用A銷形式，定位銷的有效長(zhǎng)度為4-6mm；

（2）裝取件要求：為便于裝取件，根據(jù)需要設(shè)計(jì)裝取件導(dǎo)向，且所有夾緊頭放開(kāi)狀態(tài)時(shí)，夾具與產(chǎn)品之間確保≥30mm，此外，需注意防錯(cuò)防呆設(shè)計(jì)；

（3）整體布置：零件操作高度優(yōu)選750mm-850mm，焊鉗操作高度優(yōu)選750mm-1200mm；控制盒、三元件和氣閥等位置不妨礙焊鉗及操作者的工作路徑；

（4）焊接要求：所有焊點(diǎn)焊鉗可達(dá)，不可視焊點(diǎn)設(shè)計(jì)有焊接導(dǎo)向或焊點(diǎn)位置指示；

（5）氣路布置：氣路邏輯設(shè)計(jì)滿足工藝要求，即按照裝取件的先后順序，夾具松緊順序滿足要求；

檢測(cè)性方面，檢測(cè)基準(zhǔn)孔位置和數(shù)量設(shè)計(jì)需符合要求，且所有定位面確保三坐標(biāo)可達(dá)。

3.2 焊接變形仿真模擬

管梁焊接主要采用二氧化碳保護(hù)焊[3]，為提前識(shí)別管梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊接順序、焊縫位置/數(shù)量/長(zhǎng)度、焊接工裝等多因素對(duì)焊接精度和質(zhì)量的影響，采用焊接軟件Simufact welding[4]對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行仿真模擬分析[5]。

3.2.1 焊接變形仿真基準(zhǔn)選擇

為確保仿真模擬分析結(jié)果盡量接近實(shí)際工況，管梁焊接仿真變形分析的主基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計(jì)GD&T圖紙相同，即4個(gè)銷，一個(gè)基準(zhǔn)面，如圖１所示。其余各個(gè)單件焊接應(yīng)以零件的定位孔、定位面或安裝面作為局部基準(zhǔn)。

3.2.2 焊接變形仿真分析

開(kāi)展焊接變形仿真分析前，需根據(jù)儀表臺(tái)管梁的結(jié)構(gòu)、零件組成情況以及過(guò)往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，分析確認(rèn)管梁焊接工序，編制初版夾具式樣書，初步確認(rèn)每一序的焊接零件、焊接順序以及焊縫位置、數(shù)量等工藝參數(shù)等信息。

根據(jù)夾具式樣書以及夾具方案開(kāi)展焊接仿真變形分析，焊接仿真中針對(duì)變形問(wèn)題的解決方案主要有：優(yōu)化焊接參數(shù)設(shè)置；調(diào)整焊接順序；優(yōu)化焊縫位置、長(zhǎng)度以及焊縫數(shù)量；調(diào)整工裝支撐點(diǎn)位置以及數(shù)量；反變形法等。

以管梁端板的焊接變形仿真結(jié)果為例，如圖2所示，按照夾具式樣書初始方案開(kāi)展首輪分析，結(jié)果顯示管梁端板焊接后X/Y/Z向均存在較大變形。為改善焊接變形問(wèn)題，通常采用優(yōu)化焊接參數(shù)、工裝支撐點(diǎn)以及焊接順序等措施。以優(yōu)化工裝方案為例，方案如圖3所示，對(duì)工裝支撐點(diǎn)進(jìn)行改善分析，工裝支撐點(diǎn)1/2位置分別往兩端板位置移動(dòng)后，圖4的仿真結(jié)果顯示，端板X/Y/Z向的變形均明顯改善。以上為單一因素改善結(jié)果，為使改善效果最大化，采用優(yōu)化焊接參數(shù)、工裝支撐點(diǎn)以及焊接順序等多種改善方案共同作用，如圖5所示，端板X/Y/Z焊接變形問(wèn)題均大大改善，說(shuō)明了綜合措施有效性。

3.3 焊接工藝驗(yàn)證及固化

焊接工藝驗(yàn)證包含夾具驗(yàn)收以及焊接一致性驗(yàn)證等過(guò)程。

夾具驗(yàn)收包括：

（1）夾具功能性/檢測(cè)性驗(yàn)證：依據(jù)2.1中的設(shè)計(jì)管控要點(diǎn)開(kāi)展點(diǎn)檢確認(rèn)；

（2）夾具重復(fù)性驗(yàn)證：理論上要求偏差值在0.2mm以內(nèi)，包含0.2mm；

焊接一致性驗(yàn)證：為驗(yàn)證夾具方案以及焊接工藝穩(wěn)定性，選取關(guān)鍵尺寸開(kāi)展過(guò)程能力研究，統(tǒng)計(jì)CPk值[6]，要求關(guān)鍵點(diǎn)尺寸CPk≥1.33。

經(jīng)過(guò)上述的夾具方案設(shè)計(jì)、焊接變形仿真分析以及工藝驗(yàn)證，管梁關(guān)鍵點(diǎn)的精度由傳統(tǒng)的±1.5mm提升至±0.5mm，且關(guān)鍵點(diǎn)尺寸CPk≥1.33，滿足產(chǎn)品重要質(zhì)量特性要求，相關(guān)的工藝參數(shù)固化至工藝文件中。

4 總結(jié)

儀表臺(tái)管梁作為汽車內(nèi)飾儀表板系統(tǒng)的重要組成部分，其焊接精度一直是薄弱點(diǎn)。文中基于以往多個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，從前期的夾具方案設(shè)計(jì)、焊接變形仿真分析、工藝驗(yàn)證及固化等方面總結(jié)了管梁焊接精度提升的正向開(kāi)發(fā)流程及管控要點(diǎn)，為后續(xù)儀表臺(tái)管梁開(kāi)發(fā)及焊接精度提升提供了一定的應(yīng)用參考價(jià)值。

基金項(xiàng)目：柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2023 年校級(jí)科研一般課題《基于數(shù)字孿生的無(wú)模具智能注塑技術(shù)研究》（編號(hào)：2023KB08）。

參考文獻(xiàn)：

[1]王如德，李俊賢. 汽車內(nèi)外飾感知質(zhì)量評(píng)價(jià)研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2018（21）：123-132.

[2]李倫洪. 某汽車儀表板管梁方案設(shè)計(jì)及問(wèn)題整改[J]. 汽車實(shí)用技術(shù)，2021（23）：142-144.

[3]林長(zhǎng)亮. 二保焊原理堯焊縫區(qū)力學(xué)性能及常見(jiàn)失效模式分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（30）：124-124.

[4]秦勇，石南輝，焦自權(quán)，韋俊，韋嫻. 基于Simufact Welding的焊接仿真及變形分析[J].北部灣大學(xué)學(xué)報(bào)，2020（4）：21-25.

[5]徐文. 汽車焊裝應(yīng)用機(jī)器人焊接仿真技術(shù)研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2021（11）：66-68.

[6]賈新章，龔自立. 現(xiàn)代工藝水平下工序能力指數(shù)Cpk的計(jì)算[J]. 西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001：452-455.