淺談某車型后部下車體總成尺寸控制方案

宋昌銘 黃華艷 李立

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.柳州六和方盛機械有限公司，廣西 柳州 545006）

【摘 要】目前，我國汽車制造業(yè)處于快速發(fā)展階段，為提高汽車的制造水平，提升企業(yè)的核心競爭力，零件的尺寸控制研究顯得非常重要。文章介紹了某車型的后部下車體總成結構，重點闡述零件沖壓件的回彈、變形形式及焊接過程的焊接變形及其原因，詮釋沖壓件、焊接件的尺寸控制過程、方法，以及對零件、工裝、操作過程的監(jiān)控，減少沖壓、焊接的變形量，保證零件精度，優(yōu)化車身設計，可推廣到類似結構的其他項目中。

【關鍵詞】焊接變形；工裝夾具；尺寸控制

【中圖分類號】U463 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）03-0066-04

0 引言

近年來，國內(nèi)車市火爆異常，汽車生產(chǎn)企業(yè)之間的競爭非常激烈。隨著汽車需求量的增大，人們對汽車的品質要求也越來越高。主機廠為滿足客戶的需求，需要在短時間內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)能最大化、性價最優(yōu)化，這就要求產(chǎn)品的結構更具合理性，只有這樣，才能使產(chǎn)品更具競爭力。因此，對產(chǎn)品尺寸的控制就必須高要求。后部下車體總成作為整個車架的主要載體，其結構和精度對整車尺寸有很大的影響。后部下車體總成的零件多、焊點多且復雜，焊接產(chǎn)生的變形量較大，直接影響底盤件的安裝尺寸、左右側圍總成的匹配尺寸等。因此，研究控制后部下車體的尺寸方案，對現(xiàn)實的生產(chǎn)過程有重要的指導意義。本文從某車型的后部下車體的結構、沖壓件、焊接過程出發(fā)，探討其尺寸控制的方法。

1 結構分析

某車型的后部下車體總成結構由左、右后大梁和后地板、側拉桿、2根橫梁組成，通過電阻點焊、塞焊（CO2氣體保護焊）連接。后部下車體總成結構如圖1、圖2所示。

整個結構的焊接順序如下：先由大梁、側拉桿焊成分總成。再與橫梁焊接組成車架，最后與地板焊接組成總成，零件結構簡潔，焊接過程清晰、明朗。整個總成結構的關鍵測點占白車身關鍵測點的30%左右。因此，總成的尺寸狀態(tài)對白車身尺寸的貢獻度很大，必須重點監(jiān)控。

后部下車體總成底部直接承載后懸掛、油箱、消聲器、備胎等底盤件，側面對側圍尺寸直接作用。后大梁是整個結構的主要載體，其尺寸狀態(tài)的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個總成尺寸的優(yōu)劣，因此需重點控制后大梁的尺寸狀態(tài)。

大梁單件呈“U”形，長度接近1 900 mm，板厚1.6 mm，高強度、難成形、回彈大，沖壓易造成側面扭曲、法蘭面勾頭、基準離空，易成蹺蹺板形狀。當焊接成車架后，累積的公差進一步放大，造成底盤件、側圍等匹配件間的孔位不合、間隙偏差大，嚴重影響底盤關鍵點的合格率，進而影響整個白車身的尺寸合格率。

2 原因分析

一般沖焊件的尺寸偏差都由以下幾個因素造成：零件自身偏差、夾具定位的不穩(wěn)定性、焊接變形、操作工藝性（如圖3所示）。

（1）零件偏差，后大梁是主要的影響因素，主要表現(xiàn)為回彈大、側面間隙不均勻，易與大梁內(nèi)的加強板匹配時，因大梁側面與加強板搭接區(qū)域較長，常出現(xiàn)離空段、干涉段。裝件時，干涉段會造成大梁“U”形口外趴，Y向尺寸變大，最終總成與側圍的輪罩區(qū)域匹配時，導致側圍間尺寸變寬；焊接時，離空段造成大梁的“U”型口內(nèi)拉，Y向尺寸變小，最終總成與側圍的輪罩區(qū)域匹配時離空，導致焊接易出現(xiàn)虛焊。

（2）夾具的合理性，主要表現(xiàn)為定位基準的一致性?；鶞鼠w系指導模具、夾具、檢具的定位、檢測，使各工序件的定位基準一致，保證零件裝配的一致性和穩(wěn)定性。夾具的定位基準要保證與GD&T圖紙盡量一致，消除由于基準不同而產(chǎn)生的尺寸誤差，簡化裝配協(xié)調(diào)關系，提高裝配精度，只有這樣，才能表現(xiàn)出模、檢、夾具前后一樣的狀態(tài)。

（3）焊接變形，表現(xiàn)在由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，最終導致在結構內(nèi)部產(chǎn)生了焊接應力和變形。后車架焊接時，一般都會產(chǎn)生彎曲變形。彎曲變形不僅會影響車身的尺寸精度、裝配精度，還會降低車架的承載能力。

（4）焊接操作，表現(xiàn)在員工的熟練程度、工作態(tài)度。零件焊接要求焊槍與焊件之間保持90°，且零件的焊接熔合時間是1～2 s，時間過短，會產(chǎn)生虛焊，時間過長，會導致焊穿。這就要求企業(yè)必須定期培訓員工，這樣不僅可以提高員工的操作能力，還能增強員工的責任心，端正其工作態(tài)度。

3 控制方案

3.1 沖壓件控制

零件的偏差主要出現(xiàn)在沖壓階段，沖壓件尺寸偏差是總成焊接時，其處于非自然狀態(tài)下，這是造成尺寸偏差的主要原因。由于沖壓件存在尺寸差，所以零件搭接不理想，雖然能在夾具的壓緊力作用下強行匹配一起焊接，但是會產(chǎn)生更大的焊接變形，從而造成總成尺寸的不穩(wěn)定性。

后部下車體總成的沖壓件，除大梁外的其他零件，成形性相對較好，可以根據(jù)上檢具的尺寸狀態(tài)進行整改。以下主要介紹后大梁。

后大梁回彈形式如圖4所示。大梁回彈解決方案如下。

方案一：大梁成形的模具除拉延模、翻邊整形模、切邊沖孔模外，增加一序側面整形模。側面整形?？梢杂行У販p少大梁側面的回彈量、扭曲量。

方案二：通過修整大梁底部的模具R角。R角修整得越小，零件側面越往內(nèi)收；R角修整得越大，零件側面越往外放。修整完成后，根據(jù)在檢具的尺寸狀態(tài)，再進行下一輪的整改。整個修模過程較為頻繁，只有經(jīng)多次修整后，才能得到相對理想的尺寸狀態(tài)。修整R角，是汽車廠家整改大梁普遍選擇的方法，效果也比較明顯。難點如下：由于大梁較長，所以若要保證大梁底部R角整條尺寸的一致性，則對鉗工的業(yè)務水平要求較高，修模高頻次會延長整個開發(fā)周期。

除大梁側面回彈尺寸外，因為后懸掛的安裝面在底面上，所以還要關注大梁底部的尺寸。后懸掛測點關系到底盤關鍵點合格率，大梁沖壓時需保證模具壓到底，這樣，底部尺寸才有保障。在沖壓時，壓力機的噸位、工作速度等不同，會造成尺寸偏差不一致，因此需要選擇合理噸位的壓力機、調(diào)節(jié)出合適的壓機工作速度。

3.2 焊接工裝控制

工裝夾具是車身各零件定位和裝配的載體。夾具的主要作用就是保證所有焊接沖壓件之間的相對位置及焊接件的尺寸精度、合理的設計、焊點規(guī)劃、焊鉗選擇，確保焊接質量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。工裝夾具可以有效地控制零件總成的尺寸穩(wěn)定性。

夾具的設計除保證基準一致性外，還要考慮控制夾具的材料性能、結構設計合理性，保證焊接的效率，滿足產(chǎn)能。設計夾具時，焊接夾具要以零件焊接工藝和產(chǎn)品質量為標準，不僅要考慮生產(chǎn)綱領，熟悉產(chǎn)品結構，理解鈑金件變形特點，掌握沖壓、涂裝及總裝的工藝要求，還要通曉零件的裝配精度和公差分配。

夾具結構的合理性主要體現(xiàn)在人機工程是否滿足，設計時仿真夾具運動機構，模擬焊槍焊接，讓出合理空間便于員工取放零件，避免焊槍和零件干涉等。視零件不同給零件一個合理的夾緊力，以保證零件在焊接過程中滿足焊接要求。夾緊力過大，工件會被壓變形；夾緊力過小，工件焊接時會產(chǎn)生移動。

在生產(chǎn)過程中，沖壓件的尺寸偏差會導致其與焊接工裝間的應力集中，長期作用會導致夾具定位元件受損、變形，造成虛焊、飛濺，從而使夾具性能下降。夾具在長期的生產(chǎn)過程中，定位銷的磨損失效會造成定位不穩(wěn)定、裝配公差大。日常生產(chǎn)中，應對工裝夾具進行持續(xù)的狀態(tài)監(jiān)控和進行潛在失效分析，及時對失效的工裝夾具進行維護，及時消除尺寸偏差。

3.3 焊接變形控制

3.3.1 合理的焊接順序

零件焊接采用合理的焊接順序，可以消除部分焊接應力，焊接變形可以達到最小化。如圖5所示，后大梁和大梁加強板焊接時，側面焊接范圍長達1 200 mm，因此必須通過不同的焊接順序，驗證焊接變形量的大小。

方法Ⅰ：從左到右焊接；方法Ⅱ：從中間往兩側焊接；方法Ⅲ：從左到右進行隔斷跳焊。

后大梁焊接完成后，放置在檢具上，夾緊前部、中部4個基準面，觀察測量后部2個基準面的離空量，計算焊接前后變形量，變形量小的為最優(yōu)的焊接順序方案。對于此類結構匹配的焊接方式，可以進行一定的推廣。

經(jīng)過現(xiàn)場驗證，方法Ⅱ，即由大梁中間往兩頭焊接的方式，變形量最小。焊接順序經(jīng)優(yōu)化后，尺寸偏差和穩(wěn)定性得到了改善。對于不同的零件結構，應結合自身產(chǎn)品的特點，不斷總結和摸索適合的焊接順序，以達到尺寸控制的目的。

3.3.2 反變形法

大梁結構的特殊性，決定了焊合件會有大的回彈、變形。反變形法是控制焊接變形最常用的一種方法，通常適用于控制“U”形焊件彎曲變形。

分析大梁焊合后可能產(chǎn)生的變形方向和大小，在焊接裝配前，應使大梁發(fā)生大小相同、方向相反的變形，抵消焊后發(fā)生的變形，達到防止焊后發(fā)生變形的目的（如圖6所示）。

一般后大梁焊接后會成蹺蹺板形狀。如果在檢具上表現(xiàn)為變形3 mm，根據(jù)經(jīng)驗值在焊接前可在中部基準面調(diào)高5 mm，進行強行關夾焊接。焊接完成后，兩側向上的變形量剛好抵消中部基準的墊高量，以此控制消除后大梁的焊接變形。

3.4 操作控制

在零件焊接過程中，操作人員的操作手法也會對零件尺寸產(chǎn)生影響。例如，焊鉗電極臂與被焊零件焊面垂直，易引起焊點扭曲和焊接變形；焊接電極臂因角度不當而接觸到零件的邊緣，易引起焊接分流和零件變形。

后部下車體總成，因Y向距離較大，在焊接總成中部的焊點時，焊臂容易碰到零件邊緣，容易導致地板翻邊的輪罩區(qū)域被撞變形。

在前期的工藝規(guī)劃中，設計單位應當充分考慮焊接設備的可操作性，將人為操作控制對零件尺寸精度的影響降至最低，盡可能地避免此類的隨機誤差。

4 結論

本文通過“人、機、料、法、環(huán)”等方面，介紹了某車型后部下車體總成的尺寸控制過程和方法。零件的回彈、焊接變形不可避免，需要上游的設計部門不斷從實際生產(chǎn)中總結經(jīng)驗，通過設計合理的產(chǎn)品結構、工藝、工裝等技術手段，從產(chǎn)品開發(fā)設計直至生產(chǎn)出成品的一系列環(huán)節(jié)和過程，實現(xiàn)零件尺寸的控制，最終實現(xiàn)理想的制造質量和產(chǎn)品質量。

隨著國內(nèi)車市競爭日趨白熱化，汽車的產(chǎn)品品質決定了其在市場中的競爭力，而產(chǎn)品品質則要求其具備良好的尺寸控制。本文介紹的某車型后部下車體總成的尺寸過程控制方法，可以借鑒到其他車型，對類似結構的尺寸控制有一定的指導意義。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]