白車身軟模試制質(zhì)量控制要點解析

李夢瑤，李釗文，謝國文，楊臣

白車身軟模試制質(zhì)量控制要點解析

李夢瑤，李釗文，謝國文，楊臣

（廣州汽車集團有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

文章從白車身軟模試制的各個開發(fā)階段出發(fā)，結(jié)合試制車質(zhì)量評價要素和影響因素，從五個方面分析了影響白車身試制質(zhì)量的要點，并制定提升質(zhì)量和精度控制的措施和方法，實現(xiàn)白車身試制質(zhì)量的提升。

白車身試制；質(zhì)量控制；精度提升

前言

白車身軟模試制通常指小批量、短周期試制，是指在正式投產(chǎn)量產(chǎn)前，使用簡易模具、工裝加工白車身零件、總成的一系列活動，目的是進行車身結(jié)構(gòu)工藝驗證、為產(chǎn)品性能驗證提供試驗樣車[1]。車身結(jié)構(gòu)工藝驗證主要是驗證產(chǎn)品的造型和結(jié)構(gòu)是否達到預(yù)期效果，驗證產(chǎn)品工藝可行性[2]。試驗樣車包括耐久、碰撞、標定等各種試驗用車。白車身試制是樣車開發(fā)的基礎(chǔ)部分，是連結(jié)汽車設(shè)計和性能驗證階段的重要環(huán)節(jié)，對白車身試制進行質(zhì)量控制對整車項目開發(fā)有著非常重要的意義。

1 白車身質(zhì)量構(gòu)成及影響因素

對于試制的白車身而言，其質(zhì)量評價構(gòu)成包含設(shè)計制造一致性、車身尺寸精度、外觀質(zhì)量等幾個方面，具體分項見圖1。

白車身質(zhì)量的影響因素眾多，比如工藝設(shè)計、尺寸工程、零件質(zhì)量、夾具精度及匹配焊接過程等等。

1）工藝設(shè)計要在滿足功能的情況下，盡量降低生產(chǎn)要求，縮短開發(fā)周期，降低工裝成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2）尺寸工程首先要定義好產(chǎn)品的質(zhì)量目標，通過尺寸鏈分析得出影響質(zhì)量目標的關(guān)鍵因子，通過對關(guān)鍵因子的重點控制來達到預(yù)期整體質(zhì)量目標。另外尺寸工程通過前期GD&T圖紙的規(guī)范，保證模具、檢具、夾具的基準保持一致，避免由于基準轉(zhuǎn)換導(dǎo)致產(chǎn)品精度丟失。數(shù)據(jù)方面，尺寸工程提供了標準的數(shù)據(jù)測量計劃，保證后期數(shù)據(jù)采集的規(guī)范性和可追塑性，為后期數(shù)據(jù)分析和改進提供可靠依據(jù)。

3）白車身是由300-400個沖壓件通過焊接或其他連結(jié)方式組合而成，因此沖壓件的單件質(zhì)量直接影響白車身尺寸精度。作為沖壓件需滿足幾點要求：需具備較高的尺寸精度，要有準確的形狀精度，要有較高的表面質(zhì)量，有較好的工藝性，覆蓋件需滿足剛度要求。

4）焊接夾具的精度是白車身焊接精度的基石。夾具的定位、夾緊元件設(shè)計合理性和可靠性是白車身焊接精度的重要影響因素。同時，焊接層級的工序劃分、上件順序、打點順序、焊接變形量，也影響著最后的焊接精度。

圖1 白車身質(zhì)量評價構(gòu)成

2 白車身質(zhì)量控制要點

根據(jù)上節(jié)描述的質(zhì)量影響因素，結(jié)合白車身制作的目的以及各階段特點，在樣車制造階段白車身總成質(zhì)量控制方式是多方面的，歸納為如下幾項：（1）設(shè)計階段優(yōu)化；（2）沖壓件質(zhì)量控制；（3）焊接過程質(zhì)量控制；（4）數(shù)據(jù)分析，精度提升；（5）運輸移動質(zhì)量穩(wěn)定保障。

2.1 設(shè)計階段優(yōu)化

在前期工程設(shè)計階段，會對白車身數(shù)據(jù)進行全面的同步工程分析，檢查白車身鈑金零件的成形性、板件搭接關(guān)系，公差傳遞關(guān)系、圓角匹配關(guān)系等，對此類工藝問題進行分析，優(yōu)化產(chǎn)品，避免一些設(shè)計問題對白車身質(zhì)量及精度帶來影響。

在工藝方案設(shè)計階段，會對試制零件進行沖壓及焊接分序設(shè)計，一般的，乘用車軟模白車身零件的模具套數(shù)一般為量產(chǎn)的1/3，焊接工序數(shù)一般為量產(chǎn)工序數(shù)的1/4。因此，模具工序如何設(shè)計，焊接夾具如何設(shè)計，直接決定著單件及總成的質(zhì)量好壞。具體設(shè)計優(yōu)化步驟如下：

1）單件工藝設(shè)計規(guī)劃，重點關(guān)注高強鋼回彈問題，是否需要考慮預(yù)備鈑修胎膜；

2）焊接工藝設(shè)計，重點關(guān)注上件順序、打點順序的設(shè)計，焊槍通過性、多層板焊接參數(shù)問題；

3）檢具、功能檢具、測量支架的規(guī)劃，以質(zhì)量及精度控制貢獻度為最高目標，以滿足功能需求為最基本目標；

4）關(guān)鍵尺寸的識別，通過經(jīng)驗將白車身關(guān)鍵尺寸從整車尺寸關(guān)系中挑選出來，對關(guān)鍵尺寸進行重點把控，通過經(jīng)驗與計算獲得關(guān)鍵尺寸專門的公差要求，指導(dǎo)試制生產(chǎn)，保證實物匹配要求。

2.2 沖壓件質(zhì)量控制

白車身試制階段沖壓件質(zhì)量是影響白車身整體質(zhì)量的最重要因素之一，沖壓件如果出現(xiàn)不合格，就不可能試制出滿足設(shè)計和功能需求的白車身。對沖壓件質(zhì)量進行控制主要從工藝規(guī)劃、生產(chǎn)階段、檢測鈑修等幾個階段入手。質(zhì)量控制目標是保證零件型面、切邊、孔的大小和位置度、外觀件光影等與產(chǎn)品數(shù)模的符合度。

工藝規(guī)劃需要考慮如何用最少的工序得到質(zhì)量最穩(wěn)定的產(chǎn)品，并且模具應(yīng)具備一定的檢具功能，以便后期直觀檢測零件以及用來替代鈑修胎膜。外板件和梁類高強鋼零件需考慮A面補償以及回彈補償，使用CAE成形分析軟件進行仿真分析，并指導(dǎo)生產(chǎn)。生產(chǎn)階段由于模具條件有限，需用到各種調(diào)試手段進行試生產(chǎn)，但最重要的原則就是，無論現(xiàn)場各參數(shù)是否一一匹配，但最終成形到位后材料的流入情況盡量與CAE分析流入狀態(tài)保持一致，該指標能保證CAE的指導(dǎo)地位，使仿真工藝方案可靠。所有沖壓件制作完成后，都需要進行檢測檢驗，包括抽取首批件進行三坐標檢測，根據(jù)測量報告進行模具整改，后批次沖壓件，利用檢具或者以模代檢方式檢查產(chǎn)品的正確性。

沖壓件的質(zhì)量控制是整個白車身試制質(zhì)量的源頭，需結(jié)合后工序需求來考慮。根據(jù)白車身試制功能尺寸要求，結(jié)合測量點文件，整理出重點零件及其關(guān)鍵元素，比如哪個零件在功能尺寸控制中比較關(guān)鍵，零件的哪個部位需要重點管控到位，是某位置翻邊，還是型面，還是孔，如圖2。以此來有針對性的重點管控對精度敏感度較高的元素，往往可以起到較好成效。

圖2 白車身重點零件關(guān)鍵控制特征

2.3 焊接過程質(zhì)量控制

焊接過程的質(zhì)量控制分為焊接夾具和焊接過程操作兩個方面。

焊接夾具極大程度上直接決定了車身質(zhì)量，確保夾具的精度是保證總成精度的重要前提。試制的焊接夾具與量產(chǎn)最大的區(qū)別是一套試制夾具可能需要完成幾套量產(chǎn)夾具的工作內(nèi)容，因此試制夾具的設(shè)計和制造需要額外注意以下要點：1）夾具的上下序RPS點需統(tǒng)一。在夾具的設(shè)計過程中，夾具定位系統(tǒng)的設(shè)計十分重要，應(yīng)依據(jù)RPS原則，夾具的設(shè)計基準應(yīng)繼承車身的設(shè)計基準[3]。定位銷、主定位面應(yīng)逐級繼承，不應(yīng)在高一級的分總成夾具上設(shè)計第一級沒有用過的定位銷、主定位面，保證繼承性，可減少誤差累積。2）以夾帶檢設(shè)計。即在夾具設(shè)計時，在夾具上融入檢測部件。通過對總成精度進行分析，識別出對尺寸精度要求較高的部位（部分焊接面、定位孔、安裝孔等），在這些部位加入檢具的檢測部件（隨型塊、劃線銷等），既可以用來輔助檢查沖壓件，又可以便于觀察焊接后的變形情況，可以直觀的將鈑金件之間的匹配關(guān)系反映出來，為前期匹配調(diào)試、鈑金修整、后期穩(wěn)定性監(jiān)控，都提供了有效的便利，如圖3是側(cè)圍總成夾具的檢測塊設(shè)計。

圖3 側(cè)圍總成夾具以夾帶檢單元

焊接過程操作的質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在正確的焊接參數(shù)、焊接順序、員工技能、標準化操作的培訓(xùn)，工序前后點檢等方面。其中，焊接順序合理性對焊接變形有較大影響，例如同一平面的焊接面，從中間往兩側(cè)點焊焊接變形量最小，從一側(cè)到另一側(cè)焊接變形量最大；優(yōu)先焊接功能面和功能孔周圍的焊點[4]。根據(jù)經(jīng)驗積累不斷優(yōu)化焊接操作卡，將關(guān)鍵尺寸區(qū)域的焊接順序固化下來。通過每工序點檢、結(jié)合半破壞試驗、超聲波焊點檢測設(shè)備，保證不存在虛焊、漏焊、變形、壓痕過深、焊點開裂、焊點偏離等焊接缺陷。

2.4 質(zhì)量分析、精度提升

圖4 某車型試制白車身總成精度折線圖

在解決以上設(shè)計優(yōu)化、單件控制、焊接過程控制等問題以后，如圖4，將會通過三坐標測量監(jiān)控白車身總成的精度情況。前3臺份作為匹配調(diào)試初期，精度水平較低，以此為基礎(chǔ)做精度提升整改，后續(xù)一般會以10臺左右為間隔持續(xù)進行白車身總成的三坐標檢測，一方面是為了分析合格率數(shù)據(jù)明確問題及提升方向；另一方面也是為了根據(jù)數(shù)據(jù)波動規(guī)律對焊裝夾具進行重復(fù)裝調(diào)。如圖是某車型整個試制過程測量數(shù)據(jù)，在前3臺份批次生產(chǎn)過程中，對其進行過程全檢，從單件→分總成→大總成→白車身總成，再根據(jù)白車身總成測量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，低于80%的元素進行剖析，從源頭開始關(guān)注影響尺寸精度的型面及關(guān)鍵孔位，在沖壓零件上進行整改，在夾具上進行匹配調(diào)整，逐級控制，進而提高車身質(zhì)量。

2.5 運輸移動質(zhì)量穩(wěn)定保障

記錄了150臺份試制白車身各分總成在運輸移動過程中的質(zhì)量問題，因運輸移動發(fā)生問題臺份共15臺，問題點數(shù)量為25項，問題種類及占比如下圖5，占比最多的為零件變形問題，應(yīng)在運輸及轉(zhuǎn)運過程注重料架使用，注意不同零件疊放姿態(tài)，緩沖物放置等。其他質(zhì)量保障方案詳見表1。

圖5 150臺份白車身運輸移動問題占比

表1 運輸移動質(zhì)量保障方案

3 總結(jié)

汽車的白車身試制過程是一個多方位考慮的系統(tǒng)性工程，涉及到較多的領(lǐng)域，影響其質(zhì)量的因素又是多方面的，從數(shù)據(jù)凍結(jié)到最終產(chǎn)品生產(chǎn)出來，僅有短短的三個月左右時間，所以從數(shù)據(jù)優(yōu)化到工裝設(shè)計，質(zhì)量控制方案策劃，再到實際生產(chǎn)控制及質(zhì)量提升，每一個環(huán)節(jié)都不能夠缺失。通過以上幾個要點的控制方法可以較好的控制白車身質(zhì)量，確保試制白車身滿足產(chǎn)品設(shè)計要求，更好的服務(wù)于樣車試驗。

[1] 尹萍.淺談白車身試制TRYOUT過程[J].中國設(shè)備工程,2017(06)上:112-113.

[2] 成起,石碧亮.白車身試制技術(shù)淺談[J].汽車工藝與材料,2014(08): 23-29.

[3] 尹亞雷,張東強,胡崇興,董茂.RPS系統(tǒng)在白車身定位中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2015(07):18-22.

[4] 李子旭,劉東平.白車身試制過程中的焊接質(zhì)量控制分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2018(25):115-116.

Analysis of the Main Points of Quality Control in BIW Prototype

Li Mengyao, Li Zhaowen, Xie Guowen, Yang Chen

( Guangzhou Automobile Group Co., Ltd., Automotive Engineering Institute, Guangdong Guangzhou 511434 )

This paper starts from each development stage of BIW prototype, combines the quality evaluation elements and influencing factors. This paper analyzes the main points of BIW prototype from five aspects, and makes measures and methods to improve the quality and precision control, so as to improve the quality of BIW prototype.

BIW prototype; Quality control; Improve accuracy

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.06.039

TH186

B

1671-7988(2021)06-127-03

TH186

B

1671-7988(2021)06-127-03

李夢瑤，就職于廣州汽車集團有限公司汽車工程研究院，研究方向為沖壓同步工程及白車身試制領(lǐng)域。