汽車白車身夾具同心孔實驗及其應(yīng)用研究

商祥偉 石蘊玉 王立濤

【摘 要】白車身同心孔實驗就是通過在同一夾具上反復(fù)裝配同心孔零件，通過觀察其搭接區(qū)域的同心孔孔心的偏移大小，來推斷夾具定位是否穩(wěn)定。同心孔實驗可以找出造成零件在夾具上定位波動的原因。通過分析這些原因，進而找到改進措施以達到提高零件定位穩(wěn)定性的目的。在批量生產(chǎn)時，通過制作同心孔樣件，在生產(chǎn)前利用同心孔樣件對夾具進行檢測確認，提前發(fā)現(xiàn)夾具精度的變化，保證車身制造質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。

【關(guān)鍵詞】夾具；同心孔實驗；白車身；同心孔樣件

【中圖分類號】U463.82 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）02-0071-04

0 引言

在車身的制造過程中，夾具作為車身制造的主要工具，夾具的穩(wěn)定程度在很大程度上決定了車身的制造水平。保證焊裝夾具在使用過程中的精度，是各生產(chǎn)廠家在保證車身精度工作中最關(guān)注的問題之一，只有對夾具進行有效的管理，才能保證夾具精度，減少白車身形狀尺寸偏差，提高車身制造精度[1]。汽車白車身是整個汽車零部件的載體，車身焊裝質(zhì)量的優(yōu)劣對整車質(zhì)量起著決定性作用，焊裝尺寸偏差直接影響到最終汽車產(chǎn)品的質(zhì)量，如密封性、噪聲大小、使用壽命、動力性、外觀和安全性等[2]。

在項目開發(fā)階段，如何保證零件定位穩(wěn)定性是目前相關(guān)人員主要的研究方向。目前，各主機廠常見的做法是在項目開發(fā)階段利用3DCS或者VSA等三維軟件對零件進行定位穩(wěn)定性模擬，同時結(jié)合以往經(jīng)驗來確定零部件定位穩(wěn)定性是否滿足要求[3]。但是，對于整個車身制造來說，工藝流程復(fù)雜，涉及多個零件和制造工位，三維模擬不可能覆蓋到每一個工位，因此有些夾具定位問題不能完全地被發(fā)現(xiàn)。白車身同心孔實驗是一種快速、簡便的檢測方法，通過同心孔樣件的反復(fù)裝配，可以達到快速有效地驗證夾具定位穩(wěn)定性的目的。車型量產(chǎn)后，夾具定位單元不可避免地會出現(xiàn)精度的變化，從而對白車身制造的質(zhì)量產(chǎn)生影響。通常，各個主機廠只有通過白車身三坐標測量數(shù)據(jù)分析或者后續(xù)的裝配反饋，才能發(fā)現(xiàn)夾具的精度變化，然后再對夾具進行測量調(diào)整。在這個過程中造成了不合格品的出現(xiàn)。同心孔樣件的使用則可以提前發(fā)現(xiàn)夾具的變異，進而采取改進措施，保證白車身制造的一致性。推而廣之，對于一些關(guān)鍵分總成，如車架、前隔板的供應(yīng)商亦可以推廣使用該方法，達到提升產(chǎn)品穩(wěn)定性的目的。

1 實驗理論與方法

為了綜合評定零件在夾具上定位的穩(wěn)定性和一致性，本次同心孔實驗分為3個階段進行：實驗前的準備、同心孔實驗、實驗數(shù)據(jù)分析及改進。通過實驗階段每次裝配后測量2個零件同心孔孔心的偏移來判斷零件在夾具上的定位是否穩(wěn)定。為了方便測量，本實驗采用通止規(guī)測量2個同心孔的孔徑。利用通止規(guī)可以快速地對同心孔的大小實現(xiàn)定性的測量，從而提高實驗效率。例如：當φ4.0 mm的通止規(guī)可以通過同心孔時，依據(jù)上述的實驗標準，則認為此夾具的定位穩(wěn)定性好。測量原理如圖1所示。同心孔偏移及判定標準參考表1中的標準執(zhí)行。對于零件匹配要求高的工位可以適當提高實驗標準，即當兩同心孔空心偏移越小，零件定位越穩(wěn)定。

實驗結(jié)束后，工程技術(shù)人員結(jié)合實驗過程和測量數(shù)據(jù)，對超出標準的拼臺進行改進，這些改進可以是夾具定位方面、工藝方面或者零件質(zhì)量方面等。改進完成后，制作同心孔樣件，在生產(chǎn)前，利用同心孔樣件檢測夾具是否發(fā)生變異（即利用零件檢測夾具），記錄檢查情況，并將此活動作為夾具TPM的一部分，保證夾具的穩(wěn)定性持續(xù)下去。

2 同心孔實驗準備

在實驗開始前，需準備的鉆孔及測量工具有電鉆、φ5.0 mm鉆頭、通止規(guī)（φ4.0 mm與φ3.5 mm）、游標卡尺、大力鉗等。

同心孔實驗所使用的零件應(yīng)為當前供貨狀態(tài)下的零件，其質(zhì)量狀態(tài)應(yīng)滿足以下要求：{1}零件狀態(tài)為最新狀態(tài)且在同批次中隨機選擇。{2}零件在正式工裝夾具上生產(chǎn)，不能為手工樣件。{3}零件在檢具上滿足自由狀態(tài)的基準，即當零件材料厚度≤1 mm時，自由狀態(tài)間隙≤2 mm或能用手指輕輕按下接觸定位基準；零件材料厚度>1 mm時，自由狀態(tài)間隙≤1 mm或能用手指輕輕按下接觸定位基準。{4}零件的基準位置及其與檢具的貼合狀態(tài)需要標注在零件上，方便檢具與夾具的基準一致性核對。{5}零件附有全尺寸檢測報告，便于實驗過程中對問題零件進行分析。

同心孔的鉆孔位置由工程技術(shù)人員參考產(chǎn)品數(shù)模和對應(yīng)的夾具數(shù)模進行設(shè)計，由于同心孔采用手工鉆孔的方式，所以同心孔的位置可不用精確定位，采用示意圖的方式表達即可。具體可參考圖2所示的模板，同心孔的位置設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：{1}同心孔應(yīng)設(shè)計在零件的搭接處。{2}同心孔分布應(yīng)盡量均勻。{3}同心孔應(yīng)盡量避開焊點位置。{4}同心孔應(yīng)盡量遠離零件定位基準。{5}同心孔大小過大不易，本次實驗為φ5.0 mm。

3 進行實驗

為了充分驗證零件在夾具上的定位穩(wěn)定性和一致性，實驗過程共分為3個階段進行，即重復(fù)裝配、焊鉗不通電焊接、焊鉗通電焊接，具體實驗步驟如下。

（1）重復(fù)裝配零件并夾緊夾具3次，消除零件與夾具及零件與零件的小干涉，同時驗證檢具與夾具的基準是否一致。

（2）操作技師按照同心孔的模板標示的鉆孔位置（保持夾具夾頭夾緊），利用φ5.0 mm的鉆頭鉆出同心孔，實驗人員測量并記錄同心孔的大小。鉆孔前，先用凸點鑿鑿點以確定鉆孔的位置；鉆孔過程盡量保證鉆頭與零件垂直，用力均勻，避免鉆頭折斷；鉆孔時盡可能一次完成，避免多次重新定位鉆頭，多次定位鉆孔會造成鉆孔偏大。

（3）將已鉆孔的零件按照工藝卡裝配順序進行裝配并關(guān)閉夾具。利用通止規(guī)測量同心孔孔徑的大小并記錄和分析，重復(fù)此步驟10次。

（4）將焊接設(shè)備斷電，并按照“步驟（3）”裝配零件，操作者按照工藝文件規(guī)定的焊接順序操作焊槍進行空焊，空焊完成后，記錄同心孔的大小并分析，重復(fù)此步驟2次。

（5）將焊接設(shè)備通電，并按照“步驟（3）”裝配零件，操作者按照工藝文件規(guī)定的焊接順序焊接，焊接完成后，記錄同心孔的大小并分析。

實驗者按照上述步驟逐步進行，每進行完一項活動，利用通止規(guī)測量同心孔的孔徑大小，將實驗數(shù)據(jù)填寫至如圖2所示的記錄模板中，以便后續(xù)實驗數(shù)據(jù)處理。

4 實驗數(shù)據(jù)處理及改進

實驗數(shù)據(jù)的處理及改進主要分為3個階段。

第一個階段為實驗過程中的數(shù)據(jù)處理，即對于實驗過程中出現(xiàn)的不合格同心孔，實驗人員要進行現(xiàn)場分析，確定是定位不穩(wěn)定還是焊接變形抑或是其他因素導(dǎo)致，同時將分析的原因記錄在數(shù)據(jù)記錄模板中。

第二個階段主要以統(tǒng)計各個夾具在各個階段的同心孔的合格率為主，通過對比各個夾具各個階段合格率，可以清晰地找出最不穩(wěn)定的那套夾具，后續(xù)可集中資源優(yōu)先整改此類夾具。圖3所示為某車型下車體各個夾具在不同階段的同心孔合格率的情況。通過對比不難發(fā)現(xiàn)，無論對于哪一套夾具，隨著實驗的進行，合格率是不斷降低的。

第三個階段為問題的整理和匯總階段，實驗人員將各個夾具出現(xiàn)的問題進行匯總，按照問題的類別分為夾具問題、工藝問題、零件問題、復(fù)雜匹配問題等，并對劃分好的問題制定相應(yīng)的改進措施和指定負責(zé)人，定期以會議或者郵件通報的方式推動相關(guān)負責(zé)人進行問題的解決，為下一步利用同心孔樣件檢測夾具奠定基礎(chǔ)。

5 同心孔實驗效果及應(yīng)用

通過上述實驗，可以找出零件定位不穩(wěn)定的因素，然后通過制定相應(yīng)的改進措施使不穩(wěn)定的夾具變得穩(wěn)定，從而保證車身制造的一致性。以某車型白車身為例，本實驗實施后，經(jīng)過一段時間的跟蹤，白車身三坐標合格率由原來的79%提升至現(xiàn)在的83%左右，CII指數(shù)由原來的7.0下降至5.5左右，車身的穩(wěn)定性進一步提升。

此外，車身制造是一個大批量生產(chǎn)的過程，經(jīng)過改進后，工裝夾具隨著生產(chǎn)過程的進行又會不可避免地出現(xiàn)磨損、磕碰、變形等，這些因素又會造成夾具精度發(fā)生變化。為了消除夾具精度變化帶來的影響，目前各主機廠對夾具變異的主要監(jiān)控手段如下：{1}制訂常規(guī)的夾具檢測計劃，夾具工程師在停產(chǎn)時間內(nèi)，使用便攜式三坐標按照檢測計劃進行常規(guī)檢測，通過測量數(shù)據(jù)的對比，將偏移的夾具調(diào)整到理論狀態(tài)。{2}結(jié)合SPC知識，對白車身三坐標測量數(shù)據(jù)分析，找出一段時間內(nèi)出現(xiàn)連續(xù)偏移的測點或者突然變異的測點。通過對該類測點測量數(shù)據(jù)的原因分析找到可能發(fā)生偏移的夾具，進而對夾具進行測量調(diào)整[4]。{3}后續(xù)工位反饋出現(xiàn)裝配、間隙面差等質(zhì)量問題，通過對質(zhì)量問題進行分析找出可能出現(xiàn)變異的夾具。例如，總裝出現(xiàn)前輪外傾不合格的原因可能是車身前輪罩定位夾具、尾門與后保險杠左右間隙不均勻，而這又是總拼的夾具偏移造成的。

可以看出，以上3種方式均具有一定的滯后性。那么，如何預(yù)防性地提前發(fā)現(xiàn)夾具的變化呢？我們可以從同心孔實驗中得到啟發(fā)：在夾具沒有發(fā)生偏移前，同心孔樣件在夾具夾緊后兩孔是同心的，當夾具發(fā)生偏移后，樣件在裝配夾具后，其同心孔孔心也將發(fā)生偏移。通過對同心孔孔心偏移量進行監(jiān)控就可以事前發(fā)現(xiàn)夾具的變化，從而避免因夾具偏移造成批量的制造質(zhì)量問題。

利用同心孔樣件檢測夾具的步驟如下：{1}在當前供貨批次下，隨機選取制作同心孔樣件的零件（后續(xù)因模具修?；蛘叻挚偝蓨A具調(diào)整等原因造成樣件狀態(tài)發(fā)生變化的，應(yīng)及時更換樣件）。{2}依據(jù)上述同心孔實驗位置配鉆相應(yīng)大小的同心孔。{3}將帶有同心孔的零件進行電泳防銹處理，作為檢測樣件。處理過程中應(yīng)避免零件發(fā)生變形。{4}制作同心孔樣件夾具檢測表（如圖4所示）。{5}記錄同心孔樣件在對應(yīng)夾具上的孔徑狀態(tài)并記錄到檢測表中。{6}生產(chǎn)操作者生產(chǎn)前利用同心孔樣件進行夾具檢測，如果發(fā)現(xiàn)變異，必須及時報警處理。

6 總結(jié)

白車身往往被各個整車廠視為制造的核心，無論是日企全面質(zhì)量管理或者“2MM工程”的實施，其本質(zhì)都是在追尋白車身的穩(wěn)定性，正所謂“壓倒一切的是穩(wěn)定”。在車身制造過程中，焊裝夾具是為保證焊件尺寸、提高裝配效率、防止焊接變形而采用的工藝裝備。將焊接零件在夾具上定位、夾緊，保證了零件間的相對位置，減小了焊接過程中的變形，提高了焊接的精度和質(zhì)量。合格的夾具是車身制造質(zhì)量的重要保證。通過車身夾具的同心孔實驗，可以提高夾具的定位穩(wěn)定性，從而使車身的穩(wěn)定性也得到提高。實驗結(jié)束后，通過同心孔樣件對夾具的檢測，可以及時地發(fā)現(xiàn)夾具偏移并調(diào)整回來，將夾具維持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)中。同時，將此方法推廣至零部件供應(yīng)商，可進一步保證整個車身制造鏈的穩(wěn)定性，從而使公司的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品競爭力更上一個臺階。

參 考 文 獻

[1]李正平.白車身焊裝夾具狀態(tài)檢測、分析和控制[D].上海：上海交通大學(xué)，2002.

[2]王屹峰，劉斌，侯月華.白車身焊裝夾具的維護與檢測[J].汽車與配件，2013（45）：34-35.

[3]曹俊.基于確定性定位分析的車身三維偏差模型及求解方法研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2008.

[4]朱志明，李傳界.基于SPC/SPD的汽車車身裝焊質(zhì)量實時監(jiān)控與故障診斷[J].電焊機，2004，34（6）：4-8.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]