車身尺寸精度控制方法研究

郝 江，蔡交華，張旱年，喬得功

(奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241006)

車身尺寸精度控制方法研究

郝 江，蔡交華，張旱年，喬得功

(奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241006)

車身尺寸精度已成為國內(nèi)外汽車制造企業(yè)首要關(guān)注的重要指標(biāo)。車身尺寸精度控制是以3D測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的質(zhì)量控制方法，一般可以通過對(duì)車身三坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來尋找偏差源，制定并實(shí)施糾正措施，以保證車身尺寸精度及穩(wěn)定性，提高整車裝配精細(xì)化及風(fēng)噪性能，從而滿足顧客的感官質(zhì)量要求。車身尺寸精度偏差產(chǎn)生的因素有以下5個(gè)方面：夾具影響、沖壓件尺寸偏差、工藝方法、焊接變形及操作的影響等[1]。本文從夾具影響和沖壓件尺寸偏差2個(gè)主要方面闡述了車身尺寸精度控制方法。

尺寸精度；偏差源；穩(wěn)定性；偏離程度

車身尺寸偏差是汽車制造企業(yè)中普遍存在的質(zhì)量問題，可直接影響轎車的外觀匹配、風(fēng)噪聲和密封性。控制車身的制造偏差主要通過監(jiān)測(cè)車身尺寸狀況來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于超差的部分進(jìn)行分析，必要時(shí)對(duì)工裝進(jìn)行調(diào)整或?qū)α慵叽邕M(jìn)行整改。

1 車身尺寸偏差控制要素魚刺圖

車身尺寸偏差控制要素魚刺圖如圖1所示。

圖1 魚刺圖

1.1 夾具對(duì)車身尺寸精度影響

夾具是保證車身尺寸精度的最重要因素。焊接夾具的作用是用來固定焊接對(duì)象，保證焊接零件之間的空間位置，減少焊接變形。夾具主要由定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、氣缸和BASE板等構(gòu)成。夾具的使用、維修和調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)都存在產(chǎn)生誤差的因素。

1.1.1 夾具定位失效影響車身尺寸偏差

夾具定位失效是影響車身尺寸精度最常見的失效方式，車身尺寸發(fā)生異常或緩慢變化均可體現(xiàn)在這種失效方式上。一般來說，車身零件生產(chǎn)到一定數(shù)量，夾具會(huì)發(fā)生松動(dòng)、脫落、斷裂及磨損。常見失效部位發(fā)生在與板件接觸和受力的夾具機(jī)構(gòu)，如焊接夾具定位部件、壓緊部件及其他與零件接觸、受力部位的限位塊等。

針對(duì)發(fā)生松動(dòng)、脫落及斷裂等失效方式，焊裝車間一般通過保養(yǎng)、監(jiān)察，對(duì)夾具進(jìn)行及時(shí)的維修。針對(duì)磨損等失效方式，夾具一般通過定期標(biāo)定及日常定位機(jī)構(gòu)檢測(cè)來及時(shí)進(jìn)行更換或調(diào)整，以保證焊接夾具狀態(tài)符合要求。

在維修過程中，對(duì)于一些定位銷和限位塊，特別是限位塊的安裝有時(shí)存在很大誤差，也會(huì)造成車身尺寸偏差的發(fā)生。如M1車型前擋板總成焊接夾具，前擋板左/右加強(qiáng)板定位機(jī)構(gòu)為翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)受力，限位塊發(fā)生磨損、損壞，更換過程中，限位塊位置極易發(fā)生偏移，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)定位銷偏移導(dǎo)致加強(qiáng)板偏差，造成加強(qiáng)板與側(cè)圍干涉，從而影響側(cè)圍前部整體Y向尺寸。

1.1.2 夾具定位丟失影響車身尺寸穩(wěn)定

車身批量生產(chǎn)后，由于各種原因會(huì)出現(xiàn)沖壓件尺寸質(zhì)量問題。沖壓件型面往往比較復(fù)雜，短時(shí)間內(nèi)無法修改模具。為保證車身尺寸精度，保障后續(xù)生產(chǎn)，焊裝車間一般通過調(diào)整、改造夾具來解決問題。這種調(diào)整只是臨時(shí)措施和應(yīng)急方案，沖壓件整改合格后，還需要將夾具還原；但是，很多汽車企業(yè)為了降低成本，將這種臨時(shí)措施調(diào)整作為永久措施實(shí)施下去，造成夾具實(shí)際狀態(tài)偏離了設(shè)計(jì)要求狀態(tài)。調(diào)整越頻繁，車身尺寸越不穩(wěn)定，一旦后續(xù)發(fā)生質(zhì)量問題，為查找問題原因而進(jìn)行夾具標(biāo)定時(shí)，會(huì)造成夾具標(biāo)定數(shù)據(jù)無法參考，對(duì)問題原因排查造成較大困擾。

1.1.3 夾緊方式不當(dāng)導(dǎo)致車身尺寸偏差

夾具零件夾緊一般采用氣動(dòng)和手動(dòng)。采用氣動(dòng)夾具，夾緊端頭夾緊力一般>30 kg，夾緊力大，普遍適用于需要精確定位零件的夾具；手動(dòng)夾緊效力小，僅適用于涂膠限位夾具和手持夾具等定位要求不高的夾具。在汽車生產(chǎn)企業(yè)里，氣動(dòng)夾緊力大小根據(jù)夾緊部件局部變形及應(yīng)力實(shí)際情況而定，如縱梁等厚板件，應(yīng)采用直徑>50 mm，夾緊力大的氣缸，底板等薄板件，可采用夾緊力小的小缸徑氣缸。

裝夾過程中，夾緊順序也很重要。夾緊順序應(yīng)遵循先下后上、先主后次、先大后小的原則。裝夾過程中也存在人員操作造成的影響，如操作人員誤操作、不按標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)要求操作或者直接棄用夾具定位焊接，造成零件定位不準(zhǔn)或壓緊不到位等現(xiàn)象，導(dǎo)致車身尺寸偏差，這很大程度上嚴(yán)重影響了車身的裝焊質(zhì)量；因此，要求在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)考慮防錯(cuò)功能。

1.2 沖壓件尺寸偏差對(duì)車身尺寸精度的影響

沖壓件尺寸不合格(即沖壓件尺寸偏差超過公差要求)是影響車身尺寸精度最重要的失效方式。沖壓件的尺寸偏差主要取決于零件設(shè)計(jì)水平以及沖壓模具的設(shè)計(jì)和制造水平。當(dāng)2個(gè)板件接頭設(shè)計(jì)為搭接方式時(shí)(見圖2)[2]，根據(jù)實(shí)際情況，一部分沖壓件尺寸偏差對(duì)車身尺寸的影響可以通過夾具調(diào)整來糾正；另外很大一部分零件尺寸不合格，特別是沖壓件關(guān)鍵尺寸不合格，會(huì)對(duì)車身尺寸精度產(chǎn)生很大影響。

圖2 搭接方式

沖壓件不合格影響車身尺寸主要表現(xiàn)在車身三坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)生偏差、沖壓件與沖壓件之間裝配間隙大以及總成件之間裝配間隙大。使用夾具強(qiáng)行夾緊或使用焊鉗氣缸壓力強(qiáng)行焊接，從表面上看，2件焊接在了一起，實(shí)際板件產(chǎn)生了較大變形和應(yīng)力，對(duì)后道裝配工序可產(chǎn)生較大影響。例如，M1車型前縱梁后部副車架安裝沖孔X向孔偏1 mm，裝配無法發(fā)現(xiàn)，三坐標(biāo)測(cè)量發(fā)現(xiàn)此安裝孔偏差與前縱梁后部沖孔偏差方向及偏差值一致，這是零件尺寸偏差在車身尺寸偏差上的直接體現(xiàn)；再如，M2車型前縱梁內(nèi)板底面型面及翻邊反彈，在夾具上裝配時(shí)發(fā)現(xiàn)前縱梁內(nèi)板翻邊與前縱梁后部翻邊干涉，導(dǎo)致2件底面搭接間隙為6 mm，直接影響底面安裝孔Z向，這是零件匹配不合格在車身尺寸偏差上的體現(xiàn)。

對(duì)于不合格板件(自制件、小件)，一般做法是外協(xié)件服從自制件，小件服從大件。為了整改零件，經(jīng)常把符合圖樣外協(xié)沖壓件、小尺寸沖壓件改成不符合圖樣，以配合自制沖壓件、大尺寸沖壓件。這樣做零件狀態(tài)不易控制，偏差就更難控制。

2 車身尺寸精度控制方法

2.1 夾具狀態(tài)控制

2.1.1 夾具保養(yǎng)、維修及檢測(cè)

夾具保養(yǎng)和維修主要為車間日常一級(jí)保養(yǎng)，其檢查內(nèi)容針對(duì)定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)等是否松動(dòng)、缺失和漏氣，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)通知維修人員進(jìn)行維修。

夾具檢測(cè)主要包括使用便攜式測(cè)量?jī)x對(duì)夾具進(jìn)行標(biāo)定，以及使用游標(biāo)卡對(duì)定位銷直徑進(jìn)行檢測(cè)。夾具標(biāo)定的主要內(nèi)容是定期對(duì)夾具定位銷及限位塊空間位置進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)于偏差量應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)糾偏，以保證其準(zhǔn)確性。定位銷檢測(cè)主要是定期檢測(cè)定位銷磨損量，確定其是否符合要求，當(dāng)定位銷磨損量>0.3 mm時(shí)，需對(duì)定位銷進(jìn)行更換。

2.1.2 夾具調(diào)整評(píng)估

由于夾具制造誤差及使用損耗誤差，以及沖壓件尺寸誤差，在車身生產(chǎn)前及過程中一般應(yīng)對(duì)夾具進(jìn)行調(diào)整，以確保夾具狀態(tài)能滿足車身尺寸精度，和夾具與沖壓件之間的匹配性。當(dāng)發(fā)現(xiàn)可能會(huì)影響到車身后續(xù)工序、整車裝配工序、外觀匹配及車輛性能的關(guān)鍵夾具的定位銷和定位塊發(fā)生偏差及零件之間不匹配時(shí)，不能隨意調(diào)整夾具，應(yīng)進(jìn)行評(píng)估分析。

2.2 零件匹配驗(yàn)證評(píng)估

零件匹配驗(yàn)證評(píng)估是通過匹配發(fā)現(xiàn)零件尺寸問題，同時(shí)對(duì)問題分析做出決策的過程[3]。

通過沖壓件在檢具、夾具上的匹配，分總成件在檢具、夾具上的匹配，并根據(jù)零件匹配標(biāo)準(zhǔn)(測(cè)量公差、匹配間隙要求)和車身尺寸精度，來驗(yàn)證評(píng)估零件是否可以被接受和繼續(xù)生產(chǎn)，嚴(yán)格來說屬于零件設(shè)計(jì)及制造驗(yàn)證的一部分。對(duì)于匹配驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)的問題，零件生產(chǎn)部門必須作出最優(yōu)決策，來整改零件或工藝方法，以滿足質(zhì)量要求。

2.2.1 零件匹配驗(yàn)證適用階段和方式

零件匹配驗(yàn)證適用于新品生產(chǎn)啟動(dòng)及批量生產(chǎn)2個(gè)階段，各階段的驗(yàn)證對(duì)象和驗(yàn)證方式如下。

1)新品生產(chǎn)啟動(dòng)階段。適用于全部沖壓件、分總成，沖壓件驗(yàn)證在模具供應(yīng)商處及焊裝車間進(jìn)行，總成件驗(yàn)證在焊裝車間進(jìn)行，驗(yàn)證方式為提前策劃沖壓件符合率，明確沖壓件可接受目標(biāo)，在完成目標(biāo)前提下確定抽樣沖壓件在檢具上的匹配符合情況，并將測(cè)量匹配數(shù)據(jù)記錄下來。將抽樣檢測(cè)件送至焊裝車間開展沖壓件和總成件在夾具、檢具上的匹配驗(yàn)證。驗(yàn)證完畢，對(duì)所有零件出具匹配驗(yàn)證評(píng)估報(bào)告，針對(duì)驗(yàn)證問題點(diǎn)組織專題討論會(huì)進(jìn)行討論，并制定整改措施。該階段目的為評(píng)估零件尺寸是否滿足質(zhì)量要求。

2)批量生產(chǎn)階段。和新品生產(chǎn)啟動(dòng)階段評(píng)估方式基本相同，唯一區(qū)別在于批量生產(chǎn)階段驗(yàn)證對(duì)象僅為出現(xiàn)問題的零件。

2.2.2 零件匹配驗(yàn)證工作內(nèi)容

以下重點(diǎn)介紹新項(xiàng)目啟動(dòng)階段工作內(nèi)容。模具開發(fā)完成，經(jīng)過模具廠家抽樣合格后，由供應(yīng)商生產(chǎn)，抽樣及封樣合格即可開展零件匹配驗(yàn)證。準(zhǔn)備工作包括產(chǎn)品圖樣、GD&T圖和基準(zhǔn)圖。供應(yīng)商生產(chǎn)沖壓件，由匹配小組對(duì)沖壓件上檢具匹配驗(yàn)證，沖壓件上檢具的尺寸檢測(cè)數(shù)據(jù)由匹配驗(yàn)證小組留存，沖壓件符合率達(dá)標(biāo)后，零件匹配小組開始對(duì)沖壓件、分總成件上夾具和檢具裝配進(jìn)行驗(yàn)證。如果各零件之間配合良好，則零件無問題；如果配合出現(xiàn)問題，則對(duì)零件、夾具用三座標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，查找原因，同時(shí)匹配驗(yàn)證小組分析討論并制定措施，對(duì)零件、夾具進(jìn)行整改，新品階段開展首輪及復(fù)查2輪驗(yàn)證評(píng)估。

批量生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)問題，可根據(jù)封樣件數(shù)據(jù)判定零件狀態(tài)，快速排查問題點(diǎn)，從而解決問題。如果零件狀態(tài)發(fā)生變化，可以按照新品驗(yàn)證方式驗(yàn)證零件狀態(tài)，而不需要頻繁調(diào)整夾具或修改零件，就能使車身尺寸精度保持穩(wěn)定狀態(tài)。目前，奇瑞公司從M6及A9新項(xiàng)目開始，將零件匹配驗(yàn)證從之前的生產(chǎn)驗(yàn)證中單獨(dú)抽取出來，對(duì)零件進(jìn)行重點(diǎn)評(píng)估認(rèn)證，車身尺寸精度得到了很大提升。

3 車身尺寸數(shù)據(jù)分析處理及改進(jìn)

目前，所有汽車企業(yè)均采用三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)對(duì)車身尺寸進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)控和評(píng)價(jià)，從而達(dá)到改進(jìn)與保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的。在評(píng)價(jià)車身時(shí)，不但要考慮合格率，而且要考慮車身尺寸的分布情況；因此，車身尺寸質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)常用過程能力指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，該指數(shù)數(shù)值越大，說明零件尺寸質(zhì)量越好[4]。

過程能力指數(shù)是表示過程能力滿足過程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(公差)要求程度的量值。常用的評(píng)價(jià)指數(shù)有過程能力指數(shù)CP、偏移的過程能力指數(shù)CPK:

式中，TU為公差上限；TL為公差上限；6σ為過程能力,統(tǒng)計(jì)學(xué)稱6σ為“標(biāo)準(zhǔn)差”， 6σ指標(biāo)值越小越好，越穩(wěn)定，一般情況下6σ≤2的穩(wěn)定性較好，國內(nèi)外常說的“2mm工程”，即6σ=2 mm，并非指公差為±2 mm。6σ小，說明波動(dòng)小，反之說明波動(dòng)大。

CP數(shù)值越大，表示數(shù)據(jù)整體離散度小，車身越穩(wěn)定。另外有：

式中，M為公差中值中心；μ為實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)均值；T為公差上下限極差；CPK為均值(與公差中心不重合的的偏移的過程能力指數(shù)(見圖3)。

CPK越大，表示數(shù)據(jù)均值離公差中值越近，車身越準(zhǔn)確。

圖3 偏移的過程能力指數(shù)

對(duì)車身尺寸評(píng)價(jià)時(shí)，常按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)判：能力指數(shù)值<1時(shí)，表示過程能力較差，不滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需要停止制造，進(jìn)行改進(jìn)；過程能力指數(shù)≥1時(shí)，表示過程能力充足，可以滿足生產(chǎn)要求。

分析時(shí)引入過程能力指數(shù)的主要目的是觀察數(shù)據(jù)的波動(dòng)情況，考察數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，以便找出尺寸改進(jìn)工作的方向。車身尺寸改進(jìn)指導(dǎo)思路為先把不穩(wěn)定、不合格的尺寸整改穩(wěn)定(目標(biāo)：CP≥1)，再把穩(wěn)定、不合格的尺寸通過夾具調(diào)整、改造，或者沖壓件整改將車身尺寸數(shù)據(jù)調(diào)整到公差范圍之內(nèi)(目標(biāo)：CPK≥1，CP≥1)，如圖4所示。

圖4 車身尺寸改進(jìn)指導(dǎo)思路

4 結(jié)語

本文主要論述了車身尺寸偏差客觀性影響因素，并指出要得到好的車身尺寸精度，應(yīng)從夾具制造、使用、維護(hù)、沖壓件的尺寸保證和驗(yàn)證等環(huán)節(jié)進(jìn)行控制；同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和分析處理，可有效解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的車身質(zhì)量問題，保證對(duì)后道工序無影響，并減少對(duì)用戶的影響。

[1] 李蘊(yùn)澤.乘用車獨(dú)立車架焊裝精度控制[J].汽車與配件，2009(35)：32-34.

[2] 張媛媛.車身柔性虛擬裝配偏差模擬分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2009(3)：90-93.

[3] 陳曉華.RPS在車身精度設(shè)計(jì)上的應(yīng)用[J].汽車技術(shù)，2006(8)：18-21.

[4] 俞吉長(zhǎng).車身零件PPAP中的尺寸質(zhì)量評(píng)價(jià)方法[J].機(jī)械制造，2006(4)：67-70.

責(zé)任編輯李思文

ResearchonControlMethodofBIWDimensionalAccuracy

HAO Jiang，CAI Jiaohua，ZHANG Hannian，QIAO Degong

(Chery Automobile Co., Ltd.，Wuhu 241006, China)

Based on CMM data, the control method of BIW dimensional accuracy is part of the quality control system. This paper analyzed the data to look for deviations, and then provided effective measures of quality control, so that guaranteed the quality of dimensional precision and improving assembly accuracy. The main reason was the fixture locating errors, the parts variation, the welding deformation, effect of artificial factor, and etc. . The control method of BIW dimensional accuracy was described from the fixture locating errors and the parts variation in the paper.

dimensional accuracy, deviation, stability, deviation degree

TH 16

：A

郝江(1983-)，男，主管工藝師，主要從事車身工藝、車身焊接、車身測(cè)量技術(shù)和車身匹配等方面的研究。

2014-10-21