白車身尺寸精度控制方法研究

宋曉飛

（江西吉利新能源商用車有限公司，江西 上饒 334000）

0 引言

當前，汽車已經成為人們日常生活中使用最廣泛的交通工具之一，人類社會也逐漸發展成為汽車社會。為了能夠搶占當前汽車行業的市場先機，吸引更多的客戶，各個汽車制造商企業陸續推出更加符合當前市場的汽車產品[1]。由于不同類型的汽車其動力、行駛過程中的性能等都大同小異，因此很難通過直觀的方式判斷汽車的質量好壞，使得消費者逐漸將關注點放在了白車身的制造精度上（白車身是指在汽車生產過程中，已經完成了焊接工序，但并未進行涂料裝飾的車身）。其主要原因是非專業的消費者能夠通過眼睛更加直觀地看到整個汽車的車型，產生第一印象。而白車身的尺寸精度會直接影響到汽車整體的密封性、行駛噪聲以及平順度等，因此，白車身尺寸的精度控制是一項非常重要的總成，在汽車行業發展的過程中，也逐漸占據舉足輕重的地位[2]。白車身制造的流程主要包括：沖壓成型、焊接、質量控制和管理等多個步驟，每一步驟當中都會涉及眾多學科領域，因此白車身制造是一個相對復雜的系統性工程。因此，為進一步提高汽車生產的整體質量，本文開展白車身尺寸精度控制方法研究。

1 SE分析

SE全稱“simultaneous engineering”，即“同步工程”，是通過在整車開發階段分析成本、產品性能、工藝性、質量控制、維修等方面，提出改進建議，盡量使產品研發與后期的工藝實施實現無縫對接。相比傳統的“順序研發”模式，同步工程在縮短研發周期、降低費用和提高產品的可制造性上有異常優異的表現，在業界應用也越來越廣范。就國內汽車行業來說，涂裝SE分析仍處于探索發展階段，雖然近年來部分主機廠引進了涂裝SE分析專用軟件，如VirtualPaintShop的DIP（浸 洗）、EDC（電 泳）、ESC（靜電噴涂）、DRY（烘干）軟件，比利時Elsyca公司的ECoatMaster軟件，MAGNA的ALSIM軟件等來進行數字化仿真，但使用尚未普及，大部分涂裝SE分析依然憑經驗對車身數模進行直觀查看分析。

2 白車身尺寸精度控制方法設計

2.1 白車身沖壓工藝步驟選擇

在對汽車進行生產時，白車身的各個結構均采用沖壓工藝的方式完成，從白車身不同結構的使用功能和需求角度可將其整體劃分為白車身外表面結構件和白車身內部結構件。前者具有更加復雜的空間結構特點，并且生產質量標準要求其曲率合理、線條流暢并且具有良好的剛性強度，這一部分結構尺寸的精度直接影響到最終客戶的購買意愿[3]。后者相對而言生產質量標準較低，并且對尺寸精度的要求也同樣較大，主要決定白車身的自身性能。針對白車身尺寸的設計要求，沖壓工藝步驟選擇：落料——拉延——修邊沖孔——二次修邊沖孔。落料階段不需要進行對精度的控制，只需要合理完成對白車身各個結構生產材料的選擇即可。在拉延階段，將已經剪裁成固定形狀的毛胚料利用白車身生產過程中特定的模具對其施加拉應力，并使其形成各種不同形狀的空心件。

除此之外，根據白車身不同結構需要，還需要對部分毛胚料進行彎曲處理，使其形成特定的弧度。在處理過程中，需要保證毛胚料的曲率、角度和形狀均在相應的精度范圍內。除了拉延和彎曲工藝以外，在沖壓工藝當中還會涉及其他成型工藝，例如：翻邊、縮口、校平等。不同成型工藝能夠實現對白車身不同結構的處理，在實際生產過程中，應當根據不同車型對白車身不同結構進行針對性的處理，從而使其整體結構形態滿足汽車設計要求。

2.2 白車身冷沖壓模具選擇

選擇白車身冷沖壓模具是控制其生產尺寸精度的前提條件，通常情況下，針對此方面工作的實施，是為了提供冷壓工藝支撐。在此過程中，通常將白車身冷沖壓模劃分為形成模型、彎曲模型、剪裁模型三種類型。其中剪裁模型是指可對現有工藝精度進行邊框修剪、邊框沖孔等行為的磨具；彎曲模型是指可對現有工藝精度進行卷邊處理的磨具；形成模型是指可對現有工藝精度進行直接形成，且無須后期移動的磨具。在實際工作中，需要結合白車身冷沖需求，選擇不同類型的模具。

在完成對白車身冷沖壓模具選擇后，為了保證冷沖壓模具的精度，還需要對模具邊緣數據進行采集和測量。利用三維軟件對真實的白車身冷沖壓模具進行模擬，通過模擬磨具獲取到邊緣數據信息[4]。將白車身冷沖壓模具對應的數模和圖紙作為標準，利用激光掃描設備獲取點云數據作為待測量的白車身冷沖壓模具數據。結合白車身冷沖壓模具的橫截面面積，構建測量基準線，其公式為：

公式（1）中：P表示為中端映射中心位置橫向坐標；P'表示為遠端映射中心位置橫向坐標；P''表示為近端映射中心位置橫向坐標；m表示為中端映射中心位置縱向坐標；m'表示為遠端映射中心位置縱向坐標；m''表示為近端映射中心位置縱向坐標；z表示為不同映射中心位置空間坐標；l表示為映射中心位置到白車身冷沖壓模具工作臺之間的距離。當映射光線在運動過程中滿足上述公式，則表示該映射光束為基準線。將該基準線引入到三維軟件當中完成對白車身冷沖壓模具測量。

2.3 白車身尺寸偏差檢測

為確保在進行白車身生產和制造的過程中，具有更高的尺寸精度，還需要對白車身尺寸偏差進行檢測。根據不同結構尺寸特點，本文選擇三種不同的檢測方法。分別為光線反射檢測、檢具檢測以及三坐標測量裝置檢測。

第一種檢測方法主要是利用酒精材料，將其與高速機油按照7:1的比例進行充分攪拌，待其完全融合后，再利用軟毛刷對需要進行偏差檢測的白車身尺寸進行均勻地涂抹。在光線照射充足的條件下，觀察光線的反射情況，若光線反射后形成的夾角與入射角一致，則說明該檢測位置不存在尺寸偏差，或尺寸偏差在允許精度范圍以內。若光纖反射后形成了漫反射，則說明出現漫反射區域的結構尺寸偏差較大，不符合生產要求。

第二種檢測方法主要利用白車身產品數模經過加工中心，將樹脂類材料加工出需要進行檢測的白車身結構尺寸，觀察其與檢具之間的縫隙距離，并完成對若干測量點的位置數據，以此實現對白車身不同結構尺寸偏差的表達。常用的檢具主要包括電子量規、百分表等。但采用這種偏差檢測方法，僅能夠達到0.1 mm左右精度，因此針對白車身尺寸精度更高的結構需要采用第三種檢測方法。

第三種檢測方法主要用于對更高精度要求的白車身結構尺寸進行偏差檢測，利用三坐標測量設備對正在生產過程中的白車身結構尺寸進行精確測量。但這種檢測設備成本相對較高，因此不同汽車生產廠可根據企業自身條件，對上述三種不同偏差檢測方法進行合理選擇。

2.4 構建尺寸偏差補償機制

在完成上述相關研究的基礎上，對白車身尺寸精度控制進行質量分析，結合相關研究成果，導致構建尺寸偏差的主要原因可被劃分為三種。其一為對白車身自身表面問題，包括車身出現漆體形變、凸凹、起毛等現象；其二為對白車身自身的剛性性能較差所導致，例如，大范圍的形變、車身坍塌等；其三為尺寸問題，即在公允范圍內偏差值較高等。

針對上述提出的多種問題，下述將采用構建尺寸偏差補償機制的方式，對存在的偏差進行補償。具體內容如下。

其一為制定良好的形成工藝。即在相關工作中，引進高新生產技術，包括CAE技術、ATU技術等，使用仿真材料，對車身進行拉伸成型檢測，當檢測結果符合尺寸精度要求后，即可使用此種技術，進行白車身尺寸偏差的補償。

其二為選擇性能較為優良的設計材料，由于白車身自身的形成難度較高，其能否一次成型，也在很大程度上與其選擇材料具有直接關系。因此，在選擇白車身形成材料的過程中，可結合尺寸精度需求，選擇市場信譽度較高的供應商，并同步對材料的拉伸性能進行檢測，當檢測結果拉伸性能符合實際工作需求后，便可將選擇的材料進行投入生產與設計使用。

其三為對拉延筋的合理化設計。在此過程中，應結合白車身對拉延伸的需求，選擇至少一條拉延筋，并與此同時對形成角度（/夾角角度）進行控制（常規情況下，角度控制在90°為最佳），以此種方式確保拉延筋的合理化設計。

其四為對沖擊件的回彈設計，在進行白車身塑性的過程中，可結合回彈的形變，對其半徑與模具間隙進行設計，當回彈量相對較低時，可通過定義其屈服度的方式，對此方面進行控制，當回彈量相對較高時，需要結合板件的曲變率進行控制[5]。總之，在構建尺寸偏差補償機制的過程中，需要綜合不同白車身對尺寸精度的需求，在滿足相關工藝設計的前提下，設計更加良好的補償方式，以此確保構建的白車身尺寸可滿足其精度需求。綜合上述提出的四點內容，完成對偏差補償的研究，解決尺寸精度控制中存在的多種問題。

3 對比實驗

在樣車試制階段，為了驗證本文提出的白車身尺寸精度控制方法在實際應用中的效果，本文將該方法與傳統控制方法進行對比，完成如下對比實驗：

根據汽車的設計圖紙，對關鍵尺寸進行識別，并明確不同尺寸的實際需求大小，分別完成對兩組相同型號樣車的試制，其中一組利用本文提出的白車身尺寸精度控制方法，并將其設置為實驗組；另一組利用傳統精度控制方法，并將其設置為對照組。完成兩組樣車的試制后，利用三坐標測量工具以及相關輔助工具，對白車身各個結構位置上的不同尺寸進行測量（測量位置主要包括：前懸架橫梁結構、上擺臂結構、推力桿結構、扭桿結構、后板簧結構、前后減震銷結構等）。將尺寸偏差大小作為評價兩種控制方法的評價指標，并將測量結果進行記錄，繪制成如表1所示的實驗結果對比表。

表1 兩種控制方法實驗結果對比表

從表1中的實驗結果可以看出，在對多種不同白車身結構尺寸進行測量后得出，本文控制方法的尺寸偏差均小于0.70 mm，而傳統控制方法尺寸偏差均超過了4.50 mm，明顯本文控制方法的尺寸偏差更小。因此，通過對比實驗證明，本文提出的白車身尺寸精度控制方法在實際應用中能夠滿足汽車生產過程中更高精度的生產要求，進一步減小汽車新車型開發和制造風險，以此提高汽車整體生產質量。

4 結束語

本文通過開展白車身尺寸精度控制方法研究，提出一種全新的控制方法，并通過實驗證明了該方法的實際應用效果。將該方法應用到實際白車身加工生產流程當中時，汽車生產廠商還應當結合自身實際條件以及對白車身尺寸的精度需要，對控制方法進行相應的調整，擴大該方法的應用范圍。