內(nèi)置式總拼白車身側(cè)圍Y向偏差分析

廖寶項(xiàng)

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

白車身是汽車的重要組成部分，是整個(gè)汽車零部件的載體。白車身通常由300~500個(gè)復(fù)雜空間曲面薄板沖壓件、150~250套夾具、70~120個(gè)工位焊接而成。在這樣復(fù)雜的裝配拼焊過(guò)程中，各種拼焊偏差源難以避免。而白車身的尺寸會(huì)直接影響到整車質(zhì)量，比如整車氣密性、行駛過(guò)程異響、外觀匹配等。而側(cè)圍總成是白車身的重要組成部分，通常側(cè)圍總成的尺寸測(cè)點(diǎn)占白車身的50%以上，而側(cè)圍總成與車身匹配又是白車身中最復(fù)雜、最難控制的一環(huán)。具統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，側(cè)圍尺寸偏差問(wèn)題占白車身尺寸問(wèn)題80%，而在所有側(cè)圍尺寸偏差問(wèn)題中，側(cè)圍Y向偏差問(wèn)題又占到了70%以上，因此，側(cè)圍Y向尺寸是白車身尺寸控制的重要研究課題。

圖1 某款車不合格測(cè)點(diǎn)排列

白車身不合格點(diǎn)數(shù)分布排列圖

側(cè)圍總成測(cè)點(diǎn)不合格方向排列圖

圖2

2 白車身總拼工藝概況

總拼技術(shù)是柔性線體實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在，是焊裝柔性線體最重要的組成部分，目前總拼工藝主要有平移式、翻轉(zhuǎn)式、翻轉(zhuǎn)平移式、四面體式、OPEN GATE、Geotack、機(jī)器人和內(nèi)置式總拼八種工藝，我司目前總拼工藝主要為內(nèi)置式，后續(xù)問(wèn)題研究也是基于該工藝進(jìn)行的分析。

2.1 內(nèi)置式總拼簡(jiǎn)介

內(nèi)置式總拼夾具動(dòng)作順序?yàn)椋簜?cè)圍總成在預(yù)裝工位與后部下車體進(jìn)行預(yù)裝→輸送至主夾具工位→整個(gè)夾具從無(wú)頂蓋車身總成頂部落下→夾具夾頭從車身內(nèi)部夾緊到位后焊接。工藝特點(diǎn)：柔性化程度高，焊接空間大，夾具糾錯(cuò)能力不足，對(duì)零件精度要求高，見(jiàn)圖2。

3 白車身側(cè)圍Y向尺寸控制策略

3.1 側(cè)圍Y向偏差原因

側(cè)圍Y向偏差原因，主要有：

（1）零件方面：與側(cè)圍有Y向搭接區(qū)域的零件尺寸狀態(tài)差，不符合要求；側(cè)圍與車架在Y方向搭接的對(duì)接結(jié)構(gòu)多，存在零件失效偏移積累區(qū)域多；（2）工裝夾具方面：側(cè)圍在Y方向工裝未起到定位作用、失效。

側(cè)圍Y向偏差不同區(qū)域偏差原因，主要有：

按區(qū)域分側(cè)圍上部及下部尺寸偏差（如圖3所示）。側(cè)圍下部偏差主要受：側(cè)圍總成A柱與車架前隔板搭接、門(mén)檻板與車架橫梁搭接、側(cè)圍輪罩區(qū)域與后車架搭接偏差積累；側(cè)圍上部搭接偏差，除受下部側(cè)圍搭接影響外，還受到橫梁零件與側(cè)圍搭接尺寸影響。

圖3

3.2 側(cè)圍Y向尺寸控制策略

車身側(cè)圍Y向尺寸研究，其目標(biāo)就是使左右側(cè)圍在總拼工位焊接時(shí)，使得左右側(cè)圍與后部下車體在Y方向上能達(dá)到理論位置。需要從零件尺寸控制及夾具設(shè)計(jì)兩個(gè)因素進(jìn)行研究，從而保證白車身Y向尺寸。

3.2.1 零件尺寸控制策略—側(cè)圍下部

車身下部側(cè)圍Y向偏差其實(shí)質(zhì)是控制或消除側(cè)圍總成和車架在搭接結(jié)構(gòu)上所積累帶來(lái)的實(shí)效尺寸偏移。實(shí)效厚度與理論厚度之間差值稱為實(shí)效偏移尺，如圖4所示。

側(cè)圍總成與車接搭接匹配時(shí)，零件之間的匹配面多為曲面搭接，當(dāng)多個(gè)零件搭接后，總成就會(huì)出現(xiàn)失效尺寸偏移疊加現(xiàn)象，如圖5所示。

零件裝配偏差分析方法

為了解決零件搭接積累帶來(lái)的失效尺寸偏移，通常可以通過(guò)零件搭接結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以及對(duì)零件設(shè)置偏公差方法來(lái)解決。

（1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化

內(nèi)置式總拼工藝在車身Y向的搭接結(jié)構(gòu)采用鈑金對(duì)接形式，使車身在Y向的實(shí)效偏移大量累積，為了最大減小零件實(shí)效尺寸偏移帶來(lái)的影響，在車身結(jié)構(gòu)時(shí)盡量在Y方向的對(duì)接結(jié)構(gòu)優(yōu)化成搭接結(jié)結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

（2）零件偏公差設(shè)置方法

零件偏公差的設(shè)定，基于以下幾種偏差源分析計(jì)算后得出：極值法、統(tǒng)計(jì)分析法、蒙特卡羅模擬法及經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定。本文重點(diǎn)介紹根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法。

經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算方法

針對(duì)不同工藝計(jì)算零件失效尺寸公式，多層板件焊接零件實(shí)效尺寸經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

公式說(shuō)明：t為零件理論厚度，n為實(shí)效尺寸系數(shù)，T為零件公差，m表示第m層板件搭接，K為焊接扭曲產(chǎn)生實(shí)效系數(shù)。

實(shí)效尺寸系數(shù)n選取原則：1、小于30mm*30mm搭接邊，不考慮實(shí)效尺寸；焊接邊長(zhǎng)度＜500mm的零件，n取0.5；焊接邊＞500mm時(shí)：板厚＜1.2mm，n取0.5，板厚1.2~2mm，n取0.7，板厚＞2.0mm，n取0.8。

零件公差T選取原則：（1）零件僅有輪廓度公差要求時(shí)，T取零件輪廓度公差；（2）零件有輪廓度和平行度要求時(shí)，T取零件平行度公差；

焊接實(shí)效系數(shù)K選取原則：（1）兩層板件搭接焊接時(shí)，K=0；2、機(jī)器人焊接板件時(shí)，K=0；3、第3層板件與已焊好的2層板件焊接時(shí)，K按一下規(guī)則選取：①已焊好兩層板件厚度≤3mm，K=0.3；②已焊好兩層板件厚度≥3mm，K=0；

3.2.2 零件尺寸控制策略—側(cè)圍上部

側(cè)圍下部與車架焊接，剛性強(qiáng)，左右側(cè)圍上部靠橫梁連接，因此剛性弱，上部Y向尺寸受側(cè)圍下部尺寸偏差影響較大。如下圖7所示，某款車型由于后部下車體尺寸出現(xiàn)偏差時(shí)，導(dǎo)致側(cè)圍上部、側(cè)圍下部以及頂蓋Y向尺寸同時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)。

內(nèi)置式總拼工藝，在夾具定位焊接前，預(yù)裝工位由前后橫梁對(duì)側(cè)圍先進(jìn)行預(yù)裝定位Y向尺寸，如圖8所示。側(cè)圍與后橫梁匹配影響側(cè)圍Y向尺寸的孔位，應(yīng)預(yù)留有安全余量，通常做法是后橫梁做長(zhǎng)孔，防止預(yù)裝時(shí)后橫梁尺寸偏差導(dǎo)致尾門(mén)框上部Y向尺寸偏窄情況。

3.2.3 夾具尺寸控制策略

在對(duì)側(cè)圍Y向偏差分析可知，為了保證側(cè)圍下部Y向尺寸，部分零部件運(yùn)用偏公差設(shè)計(jì)理念，在焊接時(shí)Y向夾具基準(zhǔn)面的位置需針對(duì)零部件的偏公差進(jìn)行名義值上的偏移，才能起到定位夾緊功能，如圖9所示。

圖4

圖5

圖6

圖8

圖9

圖10

內(nèi)置式總拼的主夾具，除Y向定位面外，其他定位面需要預(yù)留出和側(cè)圍在Y方向的安全距離。如下圖所示為主夾具Z向定位塊與頂蓋流水槽、側(cè)圍門(mén)框內(nèi)側(cè)在Y方向上預(yù)留出的安全距離d，放置非定位面與零件干涉，導(dǎo)致側(cè)圍Y向尺寸偏差。通常安全距離設(shè)置不下于2mm，如圖10所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)白車身總拼工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并根據(jù)內(nèi)置式總拼工藝特點(diǎn)，對(duì)影響側(cè)圍Y向偏差因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，從夾具、零件偏公差設(shè)置等措施進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程中的白車身尺寸控制提供了借鑒思路。