天窗系列產(chǎn)品質(zhì)量前期策劃

文/張航偉·東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)有限公司

天窗系列產(chǎn)品質(zhì)量前期策劃

文/張航偉·東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)有限公司

張航偉，工程師，技術(shù)部副主任。研究成果：B73/B53/BX3/B51天窗加強(qiáng)環(huán)總成的開(kāi)發(fā)。

在汽車天窗頂蓋焊接裝配過(guò)程中，天窗加強(qiáng)環(huán)與天窗頂蓋之間的焊接包邊，以及天窗頂蓋總成與天窗總成的裝配，一直是轎車行業(yè)頂蓋區(qū)域的難點(diǎn)。

天窗頂蓋在焊接裝配時(shí)易出現(xiàn)的問(wèn)題

在汽車天窗頂蓋焊接裝配過(guò)程中，最容易出現(xiàn)以下問(wèn)題：

⑴天窗頂蓋總成往往出現(xiàn)凸包（圖1），影響整車外觀。

⑵螺柱垂直度不好，使天窗總成無(wú)法安裝。

這些問(wèn)題在汽車生產(chǎn)過(guò)程中，一直困擾著技術(shù)人員和調(diào)試人員。

在國(guó)內(nèi)外轎車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的形勢(shì)下，為避免以上缺陷，主機(jī)廠對(duì)天窗頂蓋總成各子件質(zhì)量要求日趨嚴(yán)格。為了減少調(diào)試時(shí)間，降低調(diào)試成本，對(duì)天窗加強(qiáng)環(huán)產(chǎn)品的質(zhì)量控制及調(diào)試方法需要有更可行的方案。

凸包問(wèn)題的解決方案及方法

焊點(diǎn)的布置

在天窗加強(qiáng)環(huán)與天窗頂蓋焊接過(guò)程中，焊點(diǎn)的位置相當(dāng)重要。焊接時(shí)，焊鉗會(huì)向天窗頂蓋和天窗加強(qiáng)環(huán)之間施加拉力，由于天窗加強(qiáng)環(huán)產(chǎn)品的材料厚度及材料強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天窗頂蓋，致使拉力產(chǎn)生后天窗頂蓋翻邊區(qū)域向天窗加強(qiáng)環(huán)靠攏（圖2）。這樣，由于天窗頂蓋的產(chǎn)品形狀，此拉力會(huì)轉(zhuǎn)換成扭力施加在天窗頂蓋A級(jí)外觀面處，致使凸包產(chǎn)生。

為解決由于焊點(diǎn)產(chǎn)生的凸包問(wèn)題，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，焊點(diǎn)位置可盡量往下方及修邊線方向移動(dòng)，這樣會(huì)使扭矩減小，傳遞到A級(jí)面上的扭力同時(shí)也會(huì)減小，從而使凸包問(wèn)題得到緩解。

圖1 天窗總成凸包

圖2 焊接焊點(diǎn)及A級(jí)面受力過(guò)程

修邊線對(duì)A級(jí)面的影響及控制方法

天窗加強(qiáng)環(huán)零件的修邊線與天窗頂蓋的修邊線高度對(duì)產(chǎn)品凸包缺陷有影響。首先，天窗頂蓋總成部分區(qū)域要求包邊工藝，天窗頂蓋的修邊線高度必須高于天窗加強(qiáng)環(huán)，且必須根據(jù)包邊量設(shè)置合理的高度差（圖3）；另外，由于實(shí)際產(chǎn)品上天窗加強(qiáng)環(huán)與天窗頂蓋零件都會(huì)在公差范圍內(nèi)有部分尺寸波動(dòng)，這樣在兩個(gè)翻邊的貼合處有少量間隙，而減短天窗加強(qiáng)環(huán)修邊線會(huì)使間隙產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

圖3 修邊線的設(shè)計(jì)

為解決修邊線問(wèn)題，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)同步工程階段，合理布置包邊量，根據(jù)包邊量和天窗頂蓋翻邊高度綜合考慮設(shè)置天窗加強(qiáng)環(huán)零件翻邊修邊線高度。

包邊焊接順序?qū)級(jí)面的影響及控制方法

天窗加強(qiáng)環(huán)與天窗頂蓋之間有4條翻邊面貼合，其中有3條邊是焊接邊，1條邊為包邊邊。如按照主機(jī)廠以前的工藝，先包1條邊然后焊接另外3條邊，則這3條邊在焊接時(shí)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生的應(yīng)力沒(méi)有平衡點(diǎn)，致使產(chǎn)生的焊接扭力大，產(chǎn)品凸包嚴(yán)重；相反，若先焊接3條邊后包邊剩余的1條邊，則由于包邊翻邊面較窄，產(chǎn)生的應(yīng)力很小，就能夠很大程度地緩解產(chǎn)品焊接包邊過(guò)程中對(duì)A級(jí)面的影響。

此方案是經(jīng)過(guò)技術(shù)人員和調(diào)試人員在現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)地進(jìn)行先焊接后包邊或先包邊后焊接的試驗(yàn)驗(yàn)證，確定的最優(yōu)版工藝順序。

產(chǎn)品定義對(duì)A級(jí)面的影響

如圖3所示，天窗頂蓋與天窗加強(qiáng)環(huán)之間翻邊處R角過(guò)渡，天窗頂蓋的R角和天窗加強(qiáng)環(huán)的R角不一致，由于此差異，天窗頂蓋與天窗加強(qiáng)環(huán)R角區(qū)域出現(xiàn)間隙。由于焊接包邊過(guò)程容易出現(xiàn)扭力，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，可通過(guò)對(duì)這兩個(gè)R角的合理設(shè)置，在不影響焊接包邊的情況下，加大此處間隙，為產(chǎn)品焊接包邊扭力提供緩沖，使扭力傳遞到A級(jí)面上的力矩大幅度減小，進(jìn)而緩解凸包缺陷。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，天窗加強(qiáng)環(huán)螺釘焊接面往往設(shè)計(jì)為凸出型面，且過(guò)渡面很窄，如圖4所示。此種設(shè)計(jì)A級(jí)面（紅色區(qū)域）在實(shí)際情況下無(wú)法做成平面，造成天窗加強(qiáng)環(huán)零件與頂蓋為線接觸，在焊接時(shí)受到輕微拉力便會(huì)使頂蓋凸起，產(chǎn)生缺陷。為避免此缺陷，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，建議將此處平面寬度設(shè)計(jì)為10mm以上。

圖4 天窗加強(qiáng)環(huán)螺釘焊接面的改造

翻邊面實(shí)際情況對(duì)A級(jí)面的影響及控制方法

天窗頂蓋與天窗加強(qiáng)環(huán)焊接包邊區(qū)域?yàn)?條翻邊，此4條翻邊理論上完全貼合，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于公差影響，往往兩個(gè)翻邊之間會(huì)產(chǎn)生間隙，間隙的類型分為三種，即v形、n形和不規(guī)則形，如圖5所示。

圖5 n形和v形翻邊間隙

對(duì)于v形和n形翻邊間隙而言，焊接包邊對(duì)A級(jí)面?zhèn)鬟f的扭力方向不同。其中，n形間隙對(duì)A級(jí)面?zhèn)鬟f的扭力方向向上，而v形間隙產(chǎn)生的扭力向下。由此不難看出，v形間隙對(duì)A級(jí)面影響不大，不至于使A級(jí)面產(chǎn)生凸包，而n形間隙則對(duì)A級(jí)面產(chǎn)生明顯向上的扭力，致使A級(jí)面出現(xiàn)凸包缺陷。至于另一種不規(guī)則形翻邊間隙則是由于產(chǎn)品不合格產(chǎn)生的，會(huì)造成零件不穩(wěn)定，必須杜絕此種情況。

針對(duì)以上情況，在產(chǎn)品公差設(shè)計(jì)過(guò)程中，翻邊角度天窗加強(qiáng)環(huán)在公差±0.5mm的前提下必須沿Y向走正偏差，即0～0.5mm；相反，天窗頂蓋必須是負(fù)差，即-0.5～0mm，這樣，在焊接過(guò)程中就不會(huì)產(chǎn)生n形翻邊間隙。

產(chǎn)品適配

如圖6所示，天窗加強(qiáng)環(huán)與天窗頂蓋A級(jí)面之間有很大一部分面積處于貼合狀態(tài)，由于天窗頂蓋產(chǎn)品材料薄，材質(zhì)相對(duì)較軟，如果天窗加強(qiáng)環(huán)與天窗頂蓋之間稍有偏差，就會(huì)使天窗頂蓋A級(jí)面出現(xiàn)凸包缺陷。

圖6 加強(qiáng)環(huán)與A級(jí)面的貼合部分

針對(duì)此問(wèn)題，必須對(duì)天窗頂蓋零件進(jìn)行詳細(xì)的分析檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果做逆向工程，然后根據(jù)逆向工程數(shù)據(jù)調(diào)試天窗加強(qiáng)環(huán)貼合面，達(dá)到與天窗頂蓋配合無(wú)干涉的目的，如圖7所示為貼合面調(diào)整逆向點(diǎn)位。

圖7 貼合面調(diào)整逆向點(diǎn)位

焊接螺柱問(wèn)題的解決方案及方法

使用螺柱防錯(cuò)電檢裝置和螺釘垂直度檢驗(yàn)裝置

天窗加強(qiáng)環(huán)總成焊接螺釘大多為非標(biāo)螺柱，且必須保證9個(gè)螺釘全部通過(guò)安裝孔，這些螺柱從工藝角度講只能通過(guò)固定點(diǎn)焊機(jī)用人工控制焊接。在焊接過(guò)程中，人為因素較高，很難保證垂直度全部滿足設(shè)計(jì)要求。為解決此問(wèn)題，我公司專門開(kāi)發(fā)制作了螺柱防錯(cuò)電檢裝置和螺釘垂直度檢驗(yàn)裝置（圖8），通過(guò)此裝置可100%控制零件螺柱的垂直度。

電檢工裝的主要原理是根據(jù)螺柱長(zhǎng)短不一設(shè)置感應(yīng)器，如錯(cuò)焊，則感應(yīng)器無(wú)法感應(yīng)到螺柱，紅燈亮起。使用電檢工裝主要是為了防止錯(cuò)焊螺柱。在檢測(cè)時(shí)，人工將產(chǎn)品按定位放入電檢工裝中，打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)，如綠燈全亮，則沒(méi)有錯(cuò)焊，零件合格；如有紅燈亮，則有錯(cuò)焊螺柱情況。

天窗加強(qiáng)環(huán)零件螺柱垂直度檢測(cè)工裝是模擬裝車環(huán)境，按翻邊大孔定位固定零件，然后檢測(cè)9個(gè)螺柱的垂直度，如垂直度有問(wèn)題，直接通過(guò)返修再檢測(cè)的方式保證出庫(kù)的零件完全合格。

圖8 螺柱防錯(cuò)電檢裝置和螺釘垂直度檢驗(yàn)裝置

此項(xiàng)天窗加強(qiáng)環(huán)檢測(cè)技術(shù)已獲國(guó)家實(shí)用新型專利。

增加天窗加強(qiáng)環(huán)的設(shè)計(jì)

天窗加強(qiáng)環(huán)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須考慮避免影響螺柱垂直度的因素。如圖9所示是不合理的設(shè)計(jì)，如圖10所示是合理的設(shè)計(jì)。

圖9的設(shè)計(jì)中，螺柱底平面小部分已經(jīng)超出產(chǎn)品平面，當(dāng)焊接力施加在螺柱上時(shí)，由于懸空部分沒(méi)有平面著力，螺柱懸空部分在焊接力的作用下會(huì)下沉，導(dǎo)致螺柱傾斜超差。

為避免以上問(wèn)題，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)按照?qǐng)D10的方案設(shè)計(jì)，保障螺柱邊緣與沖壓件圓角邊緣至少1mm距離。這樣，在螺柱焊接時(shí)可以保障受力平衡，減小螺柱因受力不平衡造成的垂直度超差。

圖9 不合理的天窗加強(qiáng)環(huán)設(shè)計(jì)

圖10 合理的天窗加強(qiáng)環(huán)設(shè)計(jì)

結(jié)束語(yǔ)

綜上，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中，要充分考慮產(chǎn)品缺陷以及造成缺陷的原因，利用FMEA和APQP等手段，合理設(shè)計(jì)產(chǎn)品定義，選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)試方法，最終實(shí)現(xiàn)消除產(chǎn)品缺陷的目的。