淺析提升白車身精度的管控措施

文/婁源發(fā)·浙江吉利汽車有限公司

淺析提升白車身精度的管控措施

文/婁源發(fā)·浙江吉利汽車有限公司

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，市場競爭日益加劇，國內各大主機廠都在通過尺寸工程來不斷提高自己產(chǎn)品的性能和精度，車身是整車開發(fā)的重要組成部分，精度工程是一個系統(tǒng)工程，是開發(fā)過程中的關鍵技術之一，該項技術對于車身開發(fā)質量和制造質量的提升起到了重要的推動作用，貫穿造型開發(fā)、產(chǎn)品設計與工業(yè)化的各個階段，尺寸工程集成設計與控制實施能力反映了一個企業(yè)的整車開發(fā)綜合實力，圖1為分析開發(fā)階段影響車身尺寸精度的因素。所以，在整個開發(fā)過程中，必須有一套系統(tǒng)的白車身開發(fā)質量控制大綱，使質量控制的整體思路系統(tǒng)地貫穿于每個過程或環(huán)節(jié)，明白每個開發(fā)環(huán)節(jié)中應完成哪些重點工作，注意哪些關鍵問題，才能保證最終開發(fā)完成的白車身達到尺寸精度要求。本文中以吉利帝豪百萬輛為樣板車輛，開展以下詳述。

設計階段的保障流程

在開發(fā)SE階段對白車身控制

車身裝配為多層次、多環(huán)節(jié)及工序復雜的生產(chǎn)過程，影響尺寸精度偏差的因素很多，包括了從產(chǎn)品設計、工藝設計、工裝夾具結構、車身零件精度、車身匹配焊接變形及人為操作等多個方面，圖2為造成白車身尺寸偏差的因素。所以零件尺寸精度要從產(chǎn)品誕生階段進行管控，介入到前期的同步工程（SE）中，以結構簡單、制造方便和使用工藝性強為前提，目前國內采取的設計程序分析如下：①競品車分析；②白車身精度（Body-in-White）；③汽車RPS系統(tǒng)和PCM執(zhí)行標準。

圖1 分析開發(fā)階段影響車身尺寸精度的因素

圖2 為造成白車身尺寸偏差的因素

產(chǎn)品一致性定位系統(tǒng)的確定

規(guī)劃定位RPS系統(tǒng)，零件的定位基準是質量控制工作的基石，并作為從設計開發(fā)、制造到測量，直至批量生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中共同遵循的定位基準，它為每個零件建立了自己的零件坐標系，用來表達零件主定位信息，是設計、沖壓、焊裝和總裝的共享信息集合，可以最大限度地降低因基準不同而導致的零件偏差，確定一個基準設計是尺寸工程開展的關鍵。

設計時盡量選擇定位點與功能點重合，減少基準轉換，基準的確定不僅可以確保沖壓單件在制造、測量和產(chǎn)品狀態(tài)的判定，更重要的是此定位基準一直延續(xù)運用到零件在焊接夾具上的定位，保持沖壓單件的檢具與焊接夾具的定位基準和輔助定位，支持單元的一致性，其二可以保障各級焊裝夾具中的運用一致，運用零件定位基準作為單一零件、分總成、總成一直向上延續(xù)至大總成的定位基準，所以在產(chǎn)品開發(fā)時，必須保障模具CH孔、單品檢具、分總成焊接和總拼定位孔完全一致，統(tǒng)一定位是零件開發(fā)的必要基礎條件（白車身精度分段公差分配表見表1）。

表1 白車身精度分段公差分配表（單位：mm）

通過此定位系統(tǒng)的建立，更好的約束前期工法設計空間保障，更利于后期生產(chǎn)的基準校合。此基準不僅是一個零件或分總成定位的表達方式，更是夾具設計的科學指導文件（圖3）。

圖3 基準統(tǒng)一的樣式

拼合件搭配精度

在設備、工藝、板材規(guī)格許可的條件下，焊接零件分塊應盡量大，減少累計誤差，零件分塊的設計方面，不但要考慮零件的沖壓工藝性，而且還要考慮零件的焊裝工藝性，以白車身外觀間隙、面差為技術要求，要求零件在自由狀態(tài)下與夾具貼合率大于80%，壓緊狀態(tài)下與夾具貼合率大于90%，產(chǎn)品邊緣部位尺寸符合率大于95%，針對尺寸精度要求較高，且大平面或者很長的平翻邊，在配合零件的貼合處設計臺階或凸臺。大面積的貼合容易產(chǎn)生貼合不良，（鈑金件公差控制）焊點應布置均勻合理，避免產(chǎn)生焊接變形。明確工位焊點位置及距離、焊點數(shù)量、焊接次序及裝配幾何尺寸精度的要求，編寫作業(yè)指導書見圖4。

控制沖壓件的回彈

圖4 車身鈑金件公差的選配

目前，汽車高強度板材在開發(fā)中使用率已達80%左右，而高強度沖壓件最容易發(fā)生回彈現(xiàn)象，這些回彈會影響車身框架的精度，使車身發(fā)生局部扭曲或者焊接時匹配不良，存在嚴重的質量不穩(wěn)定，產(chǎn)品產(chǎn)生回彈的原因有沖壓方面：⑴材料性能；⑵模具精度；⑶零件形狀；⑷成形壓力。焊接方面：⑴夾具精度；⑵焊點位置和數(shù)量；⑶人員操作；⑷焊接變形量等諸多方面。通過材料分析，控制屈服強度、抗拉強度和回彈模量等，從源頭控制單個零件的回彈，生產(chǎn)過程中嚴格執(zhí)行工藝參數(shù)標準化，加強對焊裝夾具、檢具、模具、三坐標測量機及機器人等設備的管理，做好過程控制，實現(xiàn)“夾具檢具化”的合理運用，“夾具檢具化”的目的是通過高精度的夾具來替代部分檢具的功能，從而真正實現(xiàn)在生產(chǎn)過程中對零部件的品質起到監(jiān)控的作用。這是既節(jié)約成本、又充分讓全員參與品質管理的新思路。

尺寸鏈誤差驗算

把車身關鍵控制點和功能尺寸目標進行分析驗證，按照自下而上的方式累積到整車，然后與各目標值進行對比，對于超標的公差，根據(jù)具體情況通過產(chǎn)品和工藝改進進行協(xié)調，或者修改目標值。實現(xiàn)設計和公差分配的優(yōu)化。

⑴提升單個鏈環(huán)的工藝保證能力。

工位采用更高尺寸保證能力的生產(chǎn)設備，使定位配合更加穩(wěn)定、優(yōu)化零件制造的工法設計使之能夠獲得更高的保證能力，GEELY汽車優(yōu)先選用圓孔+圓孔定位方式（圖5），主定位孔均使用圓孔，防止因零件變形引起的偏差，定位孔中心線方向需與Y向一致，當使用圓銷+菱銷定位，在裝配上可以預防干涉現(xiàn)象，在兩孔連線方向有一定的偏差釋放功能，在日韓及中國汽車業(yè)應用較為普遍。

圖5 控制定位選擇方式

⑵定位方式的保障。

當選用一圓一長孔進行定位時，定位孔徑值按以下序列值進行設計：6（不推薦）、8、10、12、16、18、20、25、26、30、45，定位方式的選擇見圖6。

⑶減少尺寸鏈的形成環(huán)節(jié)。

圖6 定位方式選擇

采用工裝樣架或者夾具將關鍵定位點之間的尺寸在同一道工序生成。工裝樣架定位技術使得關鍵零件之間的位置不再依賴于車身的精度，而是通過依序生成，減少了尺寸鏈環(huán)，尺寸公差精度很高。

工藝路線的制訂和驗證

白車身焊裝是車身制造過程中的關鍵工序，焊接質量決定了整車的制造質量，通過工藝路線的規(guī)劃，篩選出影響白車身整車精度的兩個重點，⑴當單個零件的偏差超過極限值時，但是不影響焊接裝配且焊接總成后偏差合格；⑵單個零件的偏差在極限以內，但是影響焊接過程或者焊接后總成偏差不合格。

通過以上兩種情況的分析，可以從沖壓件單件精度進行管控，制定單件公差、檢具符合率，由于整車所包含的零部件是由不同的供應商提供的，因而存在技術水平上的差異，從而會在焊裝過程中產(chǎn)生累計誤差，影響車身精度及整車品質。另外，沖壓車間生產(chǎn)的零件，因工藝或模具等原因，會產(chǎn)生較大的回彈量，給車身精度帶來不良影響。因此，控制零部件的精度是提高車身精度的首要課題。

當技術條件滿足后，排查焊裝夾具的結構強度，夾緊機構的工作原理，讓工序零件自由疊放在夾具上，無重大誤差時，可以嘗試夾緊調試，從而確認零件貼合狀態(tài)，包容件很強的情況，可以斷定沖壓符合生產(chǎn)要求，拼焊總成基礎要求一次裝夾符合S面貼合要求，大部分車身開發(fā)過程中存在重單件、輕總成，重模具、輕夾具的現(xiàn)象，車身多個誤差的來源，基本都是零件的尺寸偏差及焊裝過程的制造偏差造成的。所以質量控制工作的重點之一就是沖壓單件的品質培育，通過沖壓單件的質量培育，消除焊接裝配中的干涉及過大間隙。

量產(chǎn)階段車身穩(wěn)定性的控制方法

車身關鍵尺寸監(jiān)控

為保證車身質量、參照車身工藝中的穩(wěn)定性要素，結合裝配功能及裝配要求，進行重點偏差診斷，對影響車身性能、裝配和關鍵定位孔等關鍵測量點如機艙總成、前后副車架尺寸和主定位孔等進行監(jiān)控（圖7），并繪制關鍵測量點波動圖，保證及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決，保證車身尺寸穩(wěn)定。

關鍵夾具點檢

生產(chǎn)開始前，要求檢驗人員對夾具進行點檢，工藝員每天不定時在現(xiàn)場進行巡檢，并每周對定位元件精度測量，監(jiān)控白車身關鍵尺寸突變和波動；實時監(jiān)控物料、工裝、設備和人員班次變化；并每個月按照關鍵夾具檢查清單，對夾具狀態(tài)（圖8）進行復查，預防因定位基準的松動對白車身精度的影響。

關鍵沖壓件檢查

沖壓件的單品尺寸精度將會直接影響到白車身的精度，所以，在沖壓件管理規(guī)定中，明確要求必須對重要單件進行檢具檢測或藍光掃描，掌握單件最新狀態(tài)，并建立重要單件品質檔案，為以后的質量改善與問題跟蹤提供依據(jù)。

建立夾具測量檔案庫

圖7 白車身關鍵點圖

圖8 夾具點檢表

為保證車身尺寸穩(wěn)定，首先要確保夾具與沖壓件的狀態(tài)穩(wěn)定，因此，技術人員要定期對焊裝夾具、沖壓件品質進行標定測量，規(guī)避質量風險，找出誤差，如圖9、10所示。對已發(fā)現(xiàn)的問題要求相關責任人限期整改，并提出臨時措施和永久措施解決方案，固化相關規(guī)定，防止再次發(fā)生，周期性對車身尺寸重要工位夾具復核，并將歷史夾具標定數(shù)據(jù)整理出來，結合夾具調整記錄和夾具標定數(shù)據(jù)，轉化為車身數(shù)據(jù)分析的依據(jù)，工藝要求對焊接夾具的定位面、定位銷定期進行三坐標檢測，關鍵夾具6個月檢測一次，定位焊夾具12個月檢測一次，補焊夾具36個月檢測一次，以確保夾具定位的準確度。對于已投產(chǎn)的批量生產(chǎn)車型，要求每班次三坐標測量一臺白車身；如果是小批量試生產(chǎn)階段，要求每個批次測量1～2臺。從而更加有效提高車身尺寸穩(wěn)定性和符合率。

圖9 藍光標定圖

圖10 標定結果

改進及優(yōu)化措施

從產(chǎn)品開發(fā)到制造出白車身是一個相當復雜的過程，涉及到的工藝種類繁多，各個環(huán)節(jié)相互影響、相互制約。我們必須要對每一個環(huán)節(jié)進行分析，嚴格把關，尋找其內在的規(guī)律，制定合理的質量管理方法，目前，白車身焊接工裝都是遵循“基準一致性”原則。一旦發(fā)生白車身尺寸有偏差或超差，采取的策略一是對焊接工裝進行標定，分析檢查單件精度、來料狀態(tài)、物流運輸及夾具強度的準確度，控制整車零件的“尺寸鏈”不要太長，通過增加零件的測量頻次、夾具的定位與磨損狀態(tài)、沖壓件的精度、貼合程度、焊接順序等管控，同時采用先進的測量設備和手段進行綜合控制。只有這樣，才能保證白車身具有良好和穩(wěn)定的尺寸質量。

結束語

車身精度的提高僅僅靠品質管理人員的努力是遠遠不夠的，這是一個系統(tǒng)工程，它必須依靠全體員工的一致努力，“車身一毫米工程(車身測量點的誤差在±0.5mm)”的創(chuàng)建，應從設計階段到生產(chǎn)階段，從零部件供應商到整車廠四大車間，從零件單品品質到車身零件配合精度，從各工序的過程控制到總成件的綜合分析，需要全員參與才能達到最終的目標，通過對各拼接總成的數(shù)據(jù)分析、精度檢驗，利用采集的缺陷實現(xiàn)量化管理，再從裝配公差尺寸鏈入手，以焊接大總成為折算基準，逐一分析到焊接小總成的尺寸鏈誤差，排查因生產(chǎn)制造控制能力不足，直接導致車身尺寸波動較大的夾具，還有部分因長期使用發(fā)生變形或磨損較多的夾具，找出存在問題的制件或者夾具加以修正，持續(xù)提升工序的過程保證能力。