承載式客車白車身尺寸控制分析

徐海軍，陳 浩

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

我公司自主研發(fā)了一款全新的既能滿足城市公交支線又能在縣際道路條件較好的城鄉(xiāng)接合部、鄉(xiāng)鎮(zhèn)間進行客運的輕型客車，該客車白車身為承載式框架車身，底盤件所有安裝硬點和內(nèi)外飾零件安裝點均集中在白車身骨架上，對車身的精度要求非常高。

1 產(chǎn)品原因分析

1.1 產(chǎn)品設(shè)計分析

（1）白車身結(jié)構(gòu)

該車身采用封閉環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計，車身零件精度要求高；但車身骨架零件采用汽車專用高強度優(yōu)質(zhì)矩形鋼管輥壓而成，零件尺寸和精度較難達到設(shè)計狀態(tài)，故造成白車身總成尺寸難以達到設(shè)計要求。

（2）白車身焊接

該車身骨架零件的連接均采用CO2保護焊焊接，且焊接節(jié)點多（多達1 500處）,焊縫總長度長（長達60 000mm），焊縫形式和焊接位置變化多樣，均較難控制焊接變形。

1.2 焊接變形分析

該車白車身總成主要由車架骨架總成、前風(fēng)窗骨架總成、側(cè)圍骨架總成、后圍骨架總成和頂蓋骨架總成組成。具體對白車身尺寸變化原因分析如下：

（1）前風(fēng)窗焊接變形分析

前風(fēng)窗骨架總成為開放式結(jié)構(gòu)，其主要變形是其左右A柱和B柱的雙曲弧度焊后雙向彎曲,造成與左右側(cè)圍前立柱、頂蓋橫梁、車架等貼合間隙超差,影響前圍和三角窗玻璃的裝配以及門框大小。造成變形的原因主要是是前風(fēng)窗骨架總成下部是開口式,左右B柱的前側(cè)面和內(nèi)側(cè)面的對接、角接焊縫的收縮,使立柱產(chǎn)生內(nèi)收。

（2）左右側(cè)圍骨架變形分析

左/右側(cè)圍骨架總成在焊后的主要變形有彎曲、內(nèi)凹、波浪變形、扭曲變形等。其主要原因是側(cè)圍骨架焊縫多,特別是較多的平行焊縫和對接焊縫,且焊縫布置不對稱,同時門框處結(jié)構(gòu)呈開式自由狀態(tài),焊接時只能先焊完一側(cè)再焊另一側(cè)，這些都很容易造成焊接變形，對側(cè)圍總成尺寸精度有較大影響。在六個分總成合攏時與前后圍、頂蓋、車架裝配間隙大,引起焊后變形大，故造成白車身總成的門框和左右側(cè)圍間寬度尺寸偏差大。

（3）六個分總成合攏變形分析

六個分總成的合攏總拼變形是前面各道工序焊接變形的總體現(xiàn)。在六個分總成合攏時,裝配尺寸互不到位,在強行裝夾后變形較大,使車體對角線不等,同時各分總成間裝配間隙過大,焊后焊縫收縮過大,內(nèi)應(yīng)力增加,使車身殼體強度薄弱的部位產(chǎn)生較大的變形,整個車身門框、前后風(fēng)窗、左右側(cè)圍變形較大,影響底盤零件和內(nèi)外飾零件的裝配。尤其是車身骨架的變形使蒙皮裝配呈波浪變形,直接影響油漆和整車的外觀品質(zhì)。

（4）夾具設(shè)計

由于本車型采用矩形鋼管作為骨架，夾緊點的位置和大小設(shè)計考慮不周到，存在一些不合理的地方，容易造成定位不一致或少定位點，這樣導(dǎo)致部分焊接變形超差。

2 生產(chǎn)過程分析

（1）焊接順序和焊接規(guī)范不當(dāng)

在實際生產(chǎn)過程中，焊接順序，焊接過程中定位點松夾不當(dāng)及焊接參數(shù)不當(dāng)時等均會導(dǎo)致焊接變形，影響車身尺寸精度。

（2）零件存放不當(dāng)

當(dāng)分總成焊接完成后，分總成零件的存放不當(dāng)也會對白車身總成尺寸產(chǎn)生影響。在產(chǎn)品試制過程中，筆者發(fā)現(xiàn)左/右側(cè)圍骨架總成在焊后立即取出平放容易造成了白車身中間部位內(nèi)凹和扭曲變形。這些變形造成左右側(cè)圍蒙皮內(nèi)凹，不能滿足整車造型，整車外觀不美觀，不能達到設(shè)計效果。

3 解決方案

在基本保證單個零件的尺寸前提下（為了嚴(yán)格控制裝配間隙，在單件長度尺寸一定要符合設(shè)計要求，基準(zhǔn)孔要確保零件裝配兩端間隙盡可能地均勻，避免一邊過大，另一邊緊貼的現(xiàn)象），為了減少焊接變形，使產(chǎn)生的變形量控制在合理的范圍內(nèi)，本文主要從以下幾個方面來闡述尺寸控制。

3.1 合理的工藝分塊

該車白車身總成主要由車架骨架總成、前風(fēng)窗骨架總成、側(cè)圍骨架總成、后圍骨架總成和頂蓋骨架總成組成。由于后風(fēng)窗尺寸較難控制，直接影響后窗玻璃和行李箱門安裝，經(jīng)多次驗證，將后風(fēng)窗骨架進行拆分，分成左右后立柱及橫梁，均在總拼上增加定位夾緊實現(xiàn)焊接，這樣很好的保證了后風(fēng)窗尺寸，滿足設(shè)計要求。

3.2 基準(zhǔn)統(tǒng)一

在產(chǎn)品設(shè)計方案評審及數(shù)據(jù)評審時要根據(jù)工藝要求進行定位基準(zhǔn)確定，單個零件、分總成、白車身總成的定位夾緊點要盡量確保一致。

3.3 輔助結(jié)構(gòu)（變開放式結(jié)構(gòu)為封閉式結(jié)構(gòu)）

該產(chǎn)品在試制過程中出現(xiàn)前風(fēng)窗骨架總成、側(cè)圍骨架總成、車架骨架總成尺寸偏差大，最大偏差達到10mm左右，無法滿足設(shè)計要求。現(xiàn)場測量分析發(fā)現(xiàn)焊接完成后在夾具上測量尺寸滿足要求，取出夾具再次測量則出現(xiàn)偏差。將前風(fēng)窗骨架總成、側(cè)圍骨架總成、車架骨架總成等存在開環(huán)結(jié)構(gòu)處增加輔助梁形成封閉式結(jié)構(gòu)，增強其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。經(jīng)現(xiàn)場驗證，效果非常好，達到設(shè)計要求。

3.4 夾具設(shè)計與調(diào)整

（1）預(yù)變形法

預(yù)計零件焊接后的變形方向，在相反的方向予以讓空，使其焊接完成后達到合理位置，該產(chǎn)品的左右側(cè)圍在總拼上焊接完成后容易產(chǎn)生Y方向內(nèi)收，根據(jù)多次驗證，將側(cè)圍的定位塊往外側(cè)調(diào)整1~1.5mm，很好的解決了側(cè)圍內(nèi)收問題。

（2）過定位原則

由于分總成零件剛性較大，按夾具設(shè)計理論，分總成在總拼上只需保持主定位基準(zhǔn)一致即可，現(xiàn)場制造過程發(fā)現(xiàn)，零件焊接完成后發(fā)生變形較嚴(yán)重，最大處能達到5mm，經(jīng)分析決定，在總拼上增加變形點的夾具，保持與分拼夾緊點一致，通過此改進，很好的解決了該變形問題。

（3）自鎖結(jié)構(gòu)運用

對此種焊接應(yīng)力較大的產(chǎn)品采用自鎖結(jié)構(gòu)的夾緊方式。本產(chǎn)品在夾具設(shè)計時絕大部分采用自鎖快速夾和自主設(shè)計的自鎖結(jié)構(gòu)氣動夾緊裝置。

（4）隨行工裝運用

在易變形的部位如風(fēng)窗、門框等處加上隨行工裝,確保焊接過程中不變形。

3.5 焊接過程控制

（1）焊接操作規(guī)范

要求工件在焊接拼臺上緊靠定位放置并夾緊，先點焊點固，然后進行焊接，焊后冷卻1~2分鐘后才松開夾具，以減小焊接應(yīng)力變形。

（2）選擇合理的焊接次序、方向

在骨架組焊焊接時，為使焊接變形減到最小，要確定好合理的焊接順序。采用分段退焊或跳焊，并要求兩名焊工同時從中間向兩邊或四周對稱焊接，對收縮量較大的焊縫先焊，可先焊短焊縫,再焊長焊縫，先焊內(nèi)側(cè)焊縫，再焊外側(cè)焊縫，先焊對接焊縫,再焊角焊縫和環(huán)焊縫，先焊拉應(yīng)力區(qū)的焊縫，再焊剪應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)的焊縫等減少焊接應(yīng)力和焊接變形的方法，確保焊接變形減小到最低值。

（3）焊接材料及參數(shù)選擇

采用焊絲直徑規(guī)格為準(zhǔn)0.8和準(zhǔn)1.0兩種焊絲進行焊接，車身總拼工位用準(zhǔn)1.0的焊絲，其余工位用準(zhǔn)0.8的焊絲；經(jīng)現(xiàn)場驗證用準(zhǔn)0.8的焊絲焊接時焊接電壓為21~27V，焊接電流為120~160A。用準(zhǔn)1.0的焊絲焊接時，電流大于170A，高電流、焊絲高速進給，以長弧的形式進行焊接，焊接時焊接電壓為24~30 V，焊接電流為180~230A，焊接時焊絲的伸出長度約為焊絲直徑的10~20倍，一般為8~15mm，通過焊接參數(shù)的選擇，也減小了焊接變形，提高了車身尺寸精度。

4 結(jié)束語

根據(jù)以上分析，先在十輛小批量車上進行控制和測量，焊接完成后的白車身總成尺寸基本達到了產(chǎn)品設(shè)計的要求；在后續(xù)的批量生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格按工藝方案和工藝保證措施進行生產(chǎn)與檢測，均能滿足產(chǎn)品規(guī)定的尺寸要求。

[1]杜國華.新編焊接工藝500問[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]楊握銓.汽車裝焊技術(shù)及夾具設(shè)計[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1996.