內置式總拼白車身側圍Y向偏差分析

廖寶項

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，是整個汽車零部件的載體。白車身通常由300~500個復雜空間曲面薄板沖壓件、150~250套夾具、70~120個工位焊接而成。在這樣復雜的裝配拼焊過程中，各種拼焊偏差源難以避免。而白車身的尺寸會直接影響到整車質量，比如整車氣密性、行駛過程異響、外觀匹配等。而側圍總成是白車身的重要組成部分，通常側圍總成的尺寸測點占白車身的50%以上，而側圍總成與車身匹配又是白車身中最復雜、最難控制的一環。具統計數據，側圍尺寸偏差問題占白車身尺寸問題80%，而在所有側圍尺寸偏差問題中，側圍Y向偏差問題又占到了70%以上，因此，側圍Y向尺寸是白車身尺寸控制的重要研究課題。

圖1 某款車不合格測點排列

白車身不合格點數分布排列圖

側圍總成測點不合格方向排列圖

圖2

2 白車身總拼工藝概況

總拼技術是柔性線體實現的關鍵所在，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、翻轉式、翻轉平移式、四面體式、OPEN GATE、Geotack、機器人和內置式總拼八種工藝，我司目前總拼工藝主要為內置式，后續問題研究也是基于該工藝進行的分析。

2.1 內置式總拼簡介

內置式總拼夾具動作順序為：側圍總成在預裝工位與后部下車體進行預裝→輸送至主夾具工位→整個夾具從無頂蓋車身總成頂部落下→夾具夾頭從車身內部夾緊到位后焊接。工藝特點：柔性化程度高，焊接空間大，夾具糾錯能力不足，對零件精度要求高，見圖2。

3 白車身側圍Y向尺寸控制策略

3.1 側圍Y向偏差原因

側圍Y向偏差原因，主要有：

（1）零件方面：與側圍有Y向搭接區域的零件尺寸狀態差，不符合要求；側圍與車架在Y方向搭接的對接結構多，存在零件失效偏移積累區域多；（2）工裝夾具方面：側圍在Y方向工裝未起到定位作用、失效。

側圍Y向偏差不同區域偏差原因，主要有：

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

圖3

3.2 側圍Y向尺寸控制策略

車身側圍Y向尺寸研究，其目標就是使左右側圍在總拼工位焊接時，使得左右側圍與后部下車體在Y方向上能達到理論位置。需要從零件尺寸控制及夾具設計兩個因素進行研究，從而保證白車身Y向尺寸。

3.2.1 零件尺寸控制策略—側圍下部

車身下部側圍Y向偏差其實質是控制或消除側圍總成和車架在搭接結構上所積累帶來的實效尺寸偏移。實效厚度與理論厚度之間差值稱為實效偏移尺，如圖4所示。

側圍總成與車接搭接匹配時，零件之間的匹配面多為曲面搭接，當多個零件搭接后，總成就會出現失效尺寸偏移疊加現象，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的失效尺寸偏移，通常可以通過零件搭接結構優化，以及對零件設置偏公差方法來解決。

（1）結構優化

內置式總拼工藝在車身Y向的搭接結構采用鈑金對接形式，使車身在Y向的實效偏移大量累積，為了最大減小零件實效尺寸偏移帶來的影響，在車身結構時盡量在Y方向的對接結構優化成搭接結結構，如圖6所示。

（2）零件偏公差設置方法

零件偏公差的設定，基于以下幾種偏差源分析計算后得出：極值法、統計分析法、蒙特卡羅模擬法及經驗值設定。本文重點介紹根據經驗計算方法。

經驗公式計算方法

針對不同工藝計算零件失效尺寸公式，多層板件焊接零件實效尺寸經驗計算方法，其數學表達式如下：

公式說明：t為零件理論厚度，n為實效尺寸系數，T為零件公差，m表示第m層板件搭接，K為焊接扭曲產生實效系數。

實效尺寸系數n選取原則：1、小于30mm*30mm搭接邊，不考慮實效尺寸；焊接邊長度＜500mm的零件，n取0.5；焊接邊＞500mm時：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，T取零件輪廓度公差；（2）零件有輪廓度和平行度要求時，T取零件平行度公差；

焊接實效系數K選取原則：（1）兩層板件搭接焊接時，K=0；2、機器人焊接板件時，K=0；3、第3層板件與已焊好的2層板件焊接時，K按一下規則選取：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—側圍上部

側圍下部與車架焊接，剛性強，左右側圍上部靠橫梁連接，因此剛性弱，上部Y向尺寸受側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偏差時，導致側圍上部、側圍下部以及頂蓋Y向尺寸同時出現波動。

內置式總拼工藝，在夾具定位焊接前，預裝工位由前后橫梁對側圍先進行預裝定位Y向尺寸，如圖8所示。側圍與后橫梁匹配影響側圍Y向尺寸的孔位，應預留有安全余量，通常做法是后橫梁做長孔，防止預裝時后橫梁尺寸偏差導致尾門框上部Y向尺寸偏窄情況。

3.2.3 夾具尺寸控制策略

在對側圍Y向偏差分析可知，為了保證側圍下部Y向尺寸，部分零部件運用偏公差設計理念，在焊接時Y向夾具基準面的位置需針對零部件的偏公差進行名義值上的偏移，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

內置式總拼的主夾具，除Y向定位面外，其他定位面需要預留出和側圍在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、側圍門框內側在Y方向上預留出的安全距離d，放置非定位面與零件干涉，導致側圍Y向尺寸偏差。通常安全距離設置不下于2mm，如圖10所示。

4 結語

本文對白車身總拼工藝進行簡要介紹，并根據內置式總拼工藝特點，對影響側圍Y向偏差因素進行系統分析，從夾具、零件偏公差設置等措施進行了詳細闡述，對生產制造過程中的白車身尺寸控制提供了借鑒思路。