淺析提升白車(chē)身精度的管控措施

文/婁源發(fā)·浙江吉利汽車(chē)有限公司

淺析提升白車(chē)身精度的管控措施

文/婁源發(fā)·浙江吉利汽車(chē)有限公司

隨著汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，國(guó)內(nèi)各大主機(jī)廠(chǎng)都在通過(guò)尺寸工程來(lái)不斷提高自己產(chǎn)品的性能和精度，車(chē)身是整車(chē)開(kāi)發(fā)的重要組成部分，精度工程是一個(gè)系統(tǒng)工程，是開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)之一，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)于車(chē)身開(kāi)發(fā)質(zhì)量和制造質(zhì)量的提升起到了重要的推動(dòng)作用，貫穿造型開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工業(yè)化的各個(gè)階段，尺寸工程集成設(shè)計(jì)與控制實(shí)施能力反映了一個(gè)企業(yè)的整車(chē)開(kāi)發(fā)綜合實(shí)力，圖1為分析開(kāi)發(fā)階段影響車(chē)身尺寸精度的因素。所以，在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，必須有一套系統(tǒng)的白車(chē)身開(kāi)發(fā)質(zhì)量控制大綱，使質(zhì)量控制的整體思路系統(tǒng)地貫穿于每個(gè)過(guò)程或環(huán)節(jié)，明白每個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)中應(yīng)完成哪些重點(diǎn)工作，注意哪些關(guān)鍵問(wèn)題，才能保證最終開(kāi)發(fā)完成的白車(chē)身達(dá)到尺寸精度要求。本文中以吉利帝豪百萬(wàn)輛為樣板車(chē)輛，開(kāi)展以下詳述。

設(shè)計(jì)階段的保障流程

在開(kāi)發(fā)SE階段對(duì)白車(chē)身控制

車(chē)身裝配為多層次、多環(huán)節(jié)及工序復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，影響尺寸精度偏差的因素很多，包括了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝夾具結(jié)構(gòu)、車(chē)身零件精度、車(chē)身匹配焊接變形及人為操作等多個(gè)方面，圖2為造成白車(chē)身尺寸偏差的因素。所以零件尺寸精度要從產(chǎn)品誕生階段進(jìn)行管控，介入到前期的同步工程（SE）中，以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便和使用工藝性強(qiáng)為前提，目前國(guó)內(nèi)采取的設(shè)計(jì)程序分析如下：①競(jìng)品車(chē)分析；②白車(chē)身精度（Body-in-White）；③汽車(chē)RPS系統(tǒng)和PCM執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 分析開(kāi)發(fā)階段影響車(chē)身尺寸精度的因素

圖2 為造成白車(chē)身尺寸偏差的因素

產(chǎn)品一致性定位系統(tǒng)的確定

規(guī)劃定位RPS系統(tǒng)，零件的定位基準(zhǔn)是質(zhì)量控制工作的基石，并作為從設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、制造到測(cè)量，直至批量生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中共同遵循的定位基準(zhǔn)，它為每個(gè)零件建立了自己的零件坐標(biāo)系，用來(lái)表達(dá)零件主定位信息，是設(shè)計(jì)、沖壓、焊裝和總裝的共享信息集合，可以最大限度地降低因基準(zhǔn)不同而導(dǎo)致的零件偏差，確定一個(gè)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)是尺寸工程開(kāi)展的關(guān)鍵。

設(shè)計(jì)時(shí)盡量選擇定位點(diǎn)與功能點(diǎn)重合，減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，基準(zhǔn)的確定不僅可以確保沖壓?jiǎn)渭谥圃?、測(cè)量和產(chǎn)品狀態(tài)的判定，更重要的是此定位基準(zhǔn)一直延續(xù)運(yùn)用到零件在焊接夾具上的定位，保持沖壓?jiǎn)渭臋z具與焊接夾具的定位基準(zhǔn)和輔助定位，支持單元的一致性，其二可以保障各級(jí)焊裝夾具中的運(yùn)用一致，運(yùn)用零件定位基準(zhǔn)作為單一零件、分總成、總成一直向上延續(xù)至大總成的定位基準(zhǔn)，所以在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，必須保障模具CH孔、單品檢具、分總成焊接和總拼定位孔完全一致，統(tǒng)一定位是零件開(kāi)發(fā)的必要基礎(chǔ)條件（白車(chē)身精度分段公差分配表見(jiàn)表1）。

表1 白車(chē)身精度分段公差分配表（單位：mm）

通過(guò)此定位系統(tǒng)的建立，更好的約束前期工法設(shè)計(jì)空間保障，更利于后期生產(chǎn)的基準(zhǔn)校合。此基準(zhǔn)不僅是一個(gè)零件或分總成定位的表達(dá)方式，更是夾具設(shè)計(jì)的科學(xué)指導(dǎo)文件（圖3）。

圖3 基準(zhǔn)統(tǒng)一的樣式

拼合件搭配精度

在設(shè)備、工藝、板材規(guī)格許可的條件下，焊接零件分塊應(yīng)盡量大，減少累計(jì)誤差，零件分塊的設(shè)計(jì)方面，不但要考慮零件的沖壓工藝性，而且還要考慮零件的焊裝工藝性，以白車(chē)身外觀(guān)間隙、面差為技術(shù)要求，要求零件在自由狀態(tài)下與夾具貼合率大于80%，壓緊狀態(tài)下與夾具貼合率大于90%，產(chǎn)品邊緣部位尺寸符合率大于95%，針對(duì)尺寸精度要求較高，且大平面或者很長(zhǎng)的平翻邊，在配合零件的貼合處設(shè)計(jì)臺(tái)階或凸臺(tái)。大面積的貼合容易產(chǎn)生貼合不良，（鈑金件公差控制）焊點(diǎn)應(yīng)布置均勻合理，避免產(chǎn)生焊接變形。明確工位焊點(diǎn)位置及距離、焊點(diǎn)數(shù)量、焊接次序及裝配幾何尺寸精度的要求，編寫(xiě)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)見(jiàn)圖4。

控制沖壓件的回彈

圖4 車(chē)身鈑金件公差的選配

目前，汽車(chē)高強(qiáng)度板材在開(kāi)發(fā)中使用率已達(dá)80%左右，而高強(qiáng)度沖壓件最容易發(fā)生回彈現(xiàn)象，這些回彈會(huì)影響車(chē)身框架的精度，使車(chē)身發(fā)生局部扭曲或者焊接時(shí)匹配不良，存在嚴(yán)重的質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品產(chǎn)生回彈的原因有沖壓方面：⑴材料性能；⑵模具精度；⑶零件形狀；⑷成形壓力。焊接方面：⑴夾具精度；⑵焊點(diǎn)位置和數(shù)量；⑶人員操作；⑷焊接變形量等諸多方面。通過(guò)材料分析，控制屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和回彈模量等，從源頭控制單個(gè)零件的回彈，生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，加強(qiáng)對(duì)焊裝夾具、檢具、模具、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及機(jī)器人等設(shè)備的管理，做好過(guò)程控制，實(shí)現(xiàn)“夾具檢具化”的合理運(yùn)用，“夾具檢具化”的目的是通過(guò)高精度的夾具來(lái)替代部分檢具的功能，從而真正實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)零部件的品質(zhì)起到監(jiān)控的作用。這是既節(jié)約成本、又充分讓全員參與品質(zhì)管理的新思路。

尺寸鏈誤差驗(yàn)算

把車(chē)身關(guān)鍵控制點(diǎn)和功能尺寸目標(biāo)進(jìn)行分析驗(yàn)證，按照自下而上的方式累積到整車(chē)，然后與各目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)于超標(biāo)的公差，根據(jù)具體情況通過(guò)產(chǎn)品和工藝改進(jìn)進(jìn)行協(xié)調(diào)，或者修改目標(biāo)值。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和公差分配的優(yōu)化。

⑴提升單個(gè)鏈環(huán)的工藝保證能力。

工位采用更高尺寸保證能力的生產(chǎn)設(shè)備，使定位配合更加穩(wěn)定、優(yōu)化零件制造的工法設(shè)計(jì)使之能夠獲得更高的保證能力，GEELY汽車(chē)優(yōu)先選用圓孔+圓孔定位方式（圖5），主定位孔均使用圓孔，防止因零件變形引起的偏差，定位孔中心線(xiàn)方向需與Y向一致，當(dāng)使用圓銷(xiāo)+菱銷(xiāo)定位，在裝配上可以預(yù)防干涉現(xiàn)象，在兩孔連線(xiàn)方向有一定的偏差釋放功能，在日韓及中國(guó)汽車(chē)業(yè)應(yīng)用較為普遍。

圖5 控制定位選擇方式

⑵定位方式的保障。

當(dāng)選用一圓一長(zhǎng)孔進(jìn)行定位時(shí)，定位孔徑值按以下序列值進(jìn)行設(shè)計(jì)：6（不推薦）、8、10、12、16、18、20、25、26、30、45，定位方式的選擇見(jiàn)圖6。

⑶減少尺寸鏈的形成環(huán)節(jié)。

圖6 定位方式選擇

采用工裝樣架或者夾具將關(guān)鍵定位點(diǎn)之間的尺寸在同一道工序生成。工裝樣架定位技術(shù)使得關(guān)鍵零件之間的位置不再依賴(lài)于車(chē)身的精度，而是通過(guò)依序生成，減少了尺寸鏈環(huán)，尺寸公差精度很高。

工藝路線(xiàn)的制訂和驗(yàn)證

白車(chē)身焊裝是車(chē)身制造過(guò)程中的關(guān)鍵工序，焊接質(zhì)量決定了整車(chē)的制造質(zhì)量，通過(guò)工藝路線(xiàn)的規(guī)劃，篩選出影響白車(chē)身整車(chē)精度的兩個(gè)重點(diǎn)，⑴當(dāng)單個(gè)零件的偏差超過(guò)極限值時(shí)，但是不影響焊接裝配且焊接總成后偏差合格；⑵單個(gè)零件的偏差在極限以?xún)?nèi)，但是影響焊接過(guò)程或者焊接后總成偏差不合格。

通過(guò)以上兩種情況的分析，可以從沖壓件單件精度進(jìn)行管控，制定單件公差、檢具符合率，由于整車(chē)所包含的零部件是由不同的供應(yīng)商提供的，因而存在技術(shù)水平上的差異，從而會(huì)在焊裝過(guò)程中產(chǎn)生累計(jì)誤差，影響車(chē)身精度及整車(chē)品質(zhì)。另外，沖壓車(chē)間生產(chǎn)的零件，因工藝或模具等原因，會(huì)產(chǎn)生較大的回彈量，給車(chē)身精度帶來(lái)不良影響。因此，控制零部件的精度是提高車(chē)身精度的首要課題。

當(dāng)技術(shù)條件滿(mǎn)足后，排查焊裝夾具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，夾緊機(jī)構(gòu)的工作原理，讓工序零件自由疊放在夾具上，無(wú)重大誤差時(shí)，可以嘗試夾緊調(diào)試，從而確認(rèn)零件貼合狀態(tài)，包容件很強(qiáng)的情況，可以斷定沖壓符合生產(chǎn)要求，拼焊總成基礎(chǔ)要求一次裝夾符合S面貼合要求，大部分車(chē)身開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在重單件、輕總成，重模具、輕夾具的現(xiàn)象，車(chē)身多個(gè)誤差的來(lái)源，基本都是零件的尺寸偏差及焊裝過(guò)程的制造偏差造成的。所以質(zhì)量控制工作的重點(diǎn)之一就是沖壓?jiǎn)渭钠焚|(zhì)培育，通過(guò)沖壓?jiǎn)渭馁|(zhì)量培育，消除焊接裝配中的干涉及過(guò)大間隙。

量產(chǎn)階段車(chē)身穩(wěn)定性的控制方法

車(chē)身關(guān)鍵尺寸監(jiān)控

為保證車(chē)身質(zhì)量、參照車(chē)身工藝中的穩(wěn)定性要素，結(jié)合裝配功能及裝配要求，進(jìn)行重點(diǎn)偏差診斷，對(duì)影響車(chē)身性能、裝配和關(guān)鍵定位孔等關(guān)鍵測(cè)量點(diǎn)如機(jī)艙總成、前后副車(chē)架尺寸和主定位孔等進(jìn)行監(jiān)控（圖7），并繪制關(guān)鍵測(cè)量點(diǎn)波動(dòng)圖，保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)解決，保證車(chē)身尺寸穩(wěn)定。

關(guān)鍵夾具點(diǎn)檢

生產(chǎn)開(kāi)始前，要求檢驗(yàn)人員對(duì)夾具進(jìn)行點(diǎn)檢，工藝員每天不定時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡檢，并每周對(duì)定位元件精度測(cè)量，監(jiān)控白車(chē)身關(guān)鍵尺寸突變和波動(dòng)；實(shí)時(shí)監(jiān)控物料、工裝、設(shè)備和人員班次變化；并每個(gè)月按照關(guān)鍵夾具檢查清單，對(duì)夾具狀態(tài)（圖8）進(jìn)行復(fù)查，預(yù)防因定位基準(zhǔn)的松動(dòng)對(duì)白車(chē)身精度的影響。

關(guān)鍵沖壓件檢查

沖壓件的單品尺寸精度將會(huì)直接影響到白車(chē)身的精度，所以，在沖壓件管理規(guī)定中，明確要求必須對(duì)重要單件進(jìn)行檢具檢測(cè)或藍(lán)光掃描，掌握單件最新?tīng)顟B(tài)，并建立重要單件品質(zhì)檔案，為以后的質(zhì)量改善與問(wèn)題跟蹤提供依據(jù)。

建立夾具測(cè)量檔案庫(kù)

圖7 白車(chē)身關(guān)鍵點(diǎn)圖

圖8 夾具點(diǎn)檢表

為保證車(chē)身尺寸穩(wěn)定，首先要確保夾具與沖壓件的狀態(tài)穩(wěn)定，因此，技術(shù)人員要定期對(duì)焊裝夾具、沖壓件品質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定測(cè)量，規(guī)避質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，找出誤差，如圖9、10所示。對(duì)已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要求相關(guān)責(zé)任人限期整改，并提出臨時(shí)措施和永久措施解決方案，固化相關(guān)規(guī)定，防止再次發(fā)生，周期性對(duì)車(chē)身尺寸重要工位夾具復(fù)核，并將歷史夾具標(biāo)定數(shù)據(jù)整理出來(lái)，結(jié)合夾具調(diào)整記錄和夾具標(biāo)定數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為車(chē)身數(shù)據(jù)分析的依據(jù)，工藝要求對(duì)焊接夾具的定位面、定位銷(xiāo)定期進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè)，關(guān)鍵夾具6個(gè)月檢測(cè)一次，定位焊夾具12個(gè)月檢測(cè)一次，補(bǔ)焊夾具36個(gè)月檢測(cè)一次，以確保夾具定位的準(zhǔn)確度。對(duì)于已投產(chǎn)的批量生產(chǎn)車(chē)型，要求每班次三坐標(biāo)測(cè)量一臺(tái)白車(chē)身；如果是小批量試生產(chǎn)階段，要求每個(gè)批次測(cè)量1～2臺(tái)。從而更加有效提高車(chē)身尺寸穩(wěn)定性和符合率。

圖9 藍(lán)光標(biāo)定圖

圖10 標(biāo)定結(jié)果

改進(jìn)及優(yōu)化措施

從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到制造出白車(chē)身是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到的工藝種類(lèi)繁多，各個(gè)環(huán)節(jié)相互影響、相互制約。我們必須要對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，嚴(yán)格把關(guān)，尋找其內(nèi)在的規(guī)律，制定合理的質(zhì)量管理方法，目前，白車(chē)身焊接工裝都是遵循“基準(zhǔn)一致性”原則。一旦發(fā)生白車(chē)身尺寸有偏差或超差，采取的策略一是對(duì)焊接工裝進(jìn)行標(biāo)定，分析檢查單件精度、來(lái)料狀態(tài)、物流運(yùn)輸及夾具強(qiáng)度的準(zhǔn)確度，控制整車(chē)零件的“尺寸鏈”不要太長(zhǎng)，通過(guò)增加零件的測(cè)量頻次、夾具的定位與磨損狀態(tài)、沖壓件的精度、貼合程度、焊接順序等管控，同時(shí)采用先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備和手段進(jìn)行綜合控制。只有這樣，才能保證白車(chē)身具有良好和穩(wěn)定的尺寸質(zhì)量。

結(jié)束語(yǔ)

車(chē)身精度的提高僅僅靠品質(zhì)管理人員的努力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這是一個(gè)系統(tǒng)工程，它必須依靠全體員工的一致努力，“車(chē)身一毫米工程(車(chē)身測(cè)量點(diǎn)的誤差在±0.5mm)”的創(chuàng)建，應(yīng)從設(shè)計(jì)階段到生產(chǎn)階段，從零部件供應(yīng)商到整車(chē)廠(chǎng)四大車(chē)間，從零件單品品質(zhì)到車(chē)身零件配合精度，從各工序的過(guò)程控制到總成件的綜合分析，需要全員參與才能達(dá)到最終的目標(biāo)，通過(guò)對(duì)各拼接總成的數(shù)據(jù)分析、精度檢驗(yàn)，利用采集的缺陷實(shí)現(xiàn)量化管理，再?gòu)难b配公差尺寸鏈入手，以焊接大總成為折算基準(zhǔn)，逐一分析到焊接小總成的尺寸鏈誤差，排查因生產(chǎn)制造控制能力不足，直接導(dǎo)致車(chē)身尺寸波動(dòng)較大的夾具，還有部分因長(zhǎng)期使用發(fā)生變形或磨損較多的夾具，找出存在問(wèn)題的制件或者夾具加以修正，持續(xù)提升工序的過(guò)程保證能力。