整體式車(chē)架變形矯正控制研究

張文朋

奇瑞汽車(chē)股份有限公司 安徽省蕪湖市 241006

我公司開(kāi)發(fā)的某款越野車(chē)，獨(dú)立車(chē)架為整體式結(jié)構(gòu)。此種形式的車(chē)架有材料利用率高、焊縫少，生產(chǎn)成本較低，車(chē)架質(zhì)量輕、抗扭轉(zhuǎn)和抗彎曲強(qiáng)度好的優(yōu)點(diǎn)。但是由于整體式縱梁成形差、CO2焊接變形大等因素，導(dǎo)致車(chē)架各安裝點(diǎn)尺寸不穩(wěn)定，從而出現(xiàn)總裝件裝配困難、四輪參數(shù)不合格等質(zhì)量問(wèn)題。

針對(duì)上述質(zhì)量問(wèn)題，我們采用多方面的優(yōu)化措施，最終有效控制了車(chē)架安裝點(diǎn)的精度要求，以滿(mǎn)足總裝裝配及整車(chē)性能要求。

1 引言

車(chē)架是非承載式車(chē)身車(chē)型的重要組成部分。汽車(chē)各總成都直接或間接地安裝在車(chē)架上，車(chē)架是承受載荷的基礎(chǔ)件，它既承受汽車(chē)的靜載荷，還要承受汽車(chē)行駛中的動(dòng)載荷。

整體式獨(dú)立車(chē)架的基本參數(shù)為4450mm×1380mm×420mm，主體由左右兩根整體式縱梁和七根橫梁組成。對(duì)于重要安裝點(diǎn)（上下擺臂、發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向機(jī)、前后橋安裝點(diǎn)），精度公差為±1.5mm，一般的安裝點(diǎn)精度公差控制在±2.0mm。

圖1 整體式車(chē)架結(jié)構(gòu)示意圖

2 影響整體式車(chē)架精度因素分析

2.1 沖壓件精度

由于車(chē)架縱梁本體是非等截面梁，且存在很多的橫彎和縱彎，整體式縱梁沖壓制件成形的工藝性差，在制件成型后存在嚴(yán)重的扭曲、反彈現(xiàn)象。根據(jù)我們對(duì)沖壓件成品檢具檢測(cè)的結(jié)果，其回彈角只能控制到1°-2.5°，反彈為3-5mm，扭曲達(dá)到10-20mm。而縱梁又是車(chē)架最關(guān)鍵的沖壓件，從整個(gè)車(chē)架結(jié)構(gòu)上看其他定位小件均依附于縱梁，縱梁的不穩(wěn)定將直接導(dǎo)致其上焊接的小件的不穩(wěn)定，因而縱梁的不穩(wěn)定直接決定車(chē)架的精度的控制難度。因此要想控制整體式車(chē)架的精度，首先要控制整體式縱梁的精度和穩(wěn)定性。

2.2 工藝原因

前期SE分析包括工藝拆分的工作，直接影響到焊接車(chē)架最終的尺寸精度和調(diào)整的可能性。在工藝分析階段必須充分考慮整體式車(chē)架的特殊要求，CO2焊接的工藝特性，在滿(mǎn)足節(jié)拍的前提下，盡量遵守將組成主體的縱梁和橫梁工序OP10完成焊接，對(duì)于功能尺寸要求的沖壓件必須拆分在同一工位的原則。

為了有效控制CO2焊接變形，必須選擇合理的焊接參數(shù)和焊接順序。車(chē)架厚板件焊接參數(shù)為焊絲直徑1.2mm，焊接電壓為16-21V，焊接電流為150-180A。焊接順序應(yīng)盡量采用對(duì)稱(chēng)焊接，以使焊縫引起的變形相互抵消；焊縫不對(duì)稱(chēng)的，應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)。對(duì)于較長(zhǎng)的焊縫，盡量采用分段跳躍式焊接。

2.3 夾具設(shè)計(jì)因素（矯正工位、反變形控制）

整體式車(chē)架沖壓件料厚在2-4mm之間，采用CO2焊接，其功能尺寸和工藝要求對(duì)夾具的結(jié)構(gòu)和形式提出了不同于薄板點(diǎn)焊夾具的要求。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)先考慮實(shí)際工件的尺寸精度以及車(chē)架安裝點(diǎn)的功能尺寸要求，且針對(duì)焊接變形大，取件困難等問(wèn)題確定預(yù)防措施。

3 整體式車(chē)架精度矯正控制方法

整體式車(chē)架由于其特殊自身尺寸和工藝要求，需要在以下幾個(gè)方面加以控制，以達(dá)到車(chē)架精度滿(mǎn)足總裝裝配需要和整車(chē)性能要求的目的。

3.1 針對(duì)縱梁?jiǎn)渭某C正控制

從上文所述，整體式縱梁的反彈和扭曲將嚴(yán)重影響整體式車(chē)架的Y向和Z向精度，但從沖壓件及模具本身完全消除整體式縱梁的反彈和扭曲無(wú)法實(shí)現(xiàn)，故從夾具上如何減少整體式縱梁的反彈扭曲影響成整體式車(chē)架的精度矯正控制的重點(diǎn)。這就決定了對(duì)于整體式車(chē)架的夾具，它已經(jīng)不單單是對(duì)工件進(jìn)行定位的工具，同時(shí)它要擔(dān)負(fù)起控制沖壓件變形，甚至對(duì)其進(jìn)行校正的作用。

3.1.1 針對(duì)縱梁?jiǎn)渭磸椀目刂?/p>

車(chē)架縱梁結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示，其為一個(gè)大U型的縱梁外板和帶翻邊的縱梁內(nèi)板扣在一起構(gòu)成閉合的盒裝結(jié)構(gòu)。縱梁本體受結(jié)構(gòu)的影響其開(kāi)口反彈如圖2所示，對(duì)此焊裝在縱梁外板與內(nèi)板搭接處增加隨型液壓夾具（圖3）對(duì)縱梁外板開(kāi)口尺寸進(jìn)行校正后再焊接可以消除縱梁外板的反彈對(duì)縱梁總成精度的影響。

圖2 縱梁?jiǎn)渭硐霠顟B(tài)與實(shí)際狀態(tài)對(duì)比

圖3 縱梁隨型夾具校正夾具

3.1.2 針對(duì)縱梁?jiǎn)渭で目刂疲?/p>

整體式縱梁受其長(zhǎng)度及其結(jié)構(gòu)形狀的影響，引起形狀在Y、Z方向均有彎曲型面，且型面較多，所以沖壓制件在Y、Z方向上均有較大程度的扭曲，除在沖壓工藝上進(jìn)行控制外，焊裝也需采用反變形的控制手段進(jìn)行控制。

反變形控制需要工程師們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與變形的規(guī)律，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)，焊接前預(yù)先將焊接制件向著與焊接變形相反的方向變形或移動(dòng)在縱梁?jiǎn)渭?nèi)部形成一定的預(yù)應(yīng)力，在焊接過(guò)程中，工件受CO2焊接熱量的影響形成熱變形，在應(yīng)力的作用下，使工件預(yù)應(yīng)力與焊接應(yīng)力抵消達(dá)到焊接變形的目的。根據(jù)CO2焊接變形量，對(duì)于車(chē)架的CO2焊接夾具，調(diào)整墊片厚度總和為H1，原則上要求厚度為8mm（如圖3所示），對(duì)于規(guī)制塊H1=5mm+0.5mm×2+1mm×2，對(duì)于定位銷(xiāo)H1＝5mm +0.2mm×1＋0.3mm×1＋0.5mm×1＋1mm×2，個(gè)別位置根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行調(diào)整。

3.2 縱梁總成的矯正控制：

對(duì)于一個(gè)4.5m長(zhǎng)的整體式縱梁，縱梁內(nèi)外板的整個(gè)CO2氣體保護(hù)焊的焊接長(zhǎng)度約為9m，按照正常CO2氣體保護(hù)焊的焊接速度為25m/h計(jì)算，等于車(chē)架持續(xù)受熱約0.36h，同時(shí)受熱部位遍及縱梁的每一個(gè)地方。如果熱量得不到很好的釋放與散發(fā)，則會(huì)對(duì)縱梁造成較大的熱變形。

3.2.1 焊接順序控制：

因?yàn)榛『噶刻螅麄€(gè)縱梁受熱太多，導(dǎo)致縱梁的變化量較大，因此在焊接工藝及焊接順序上需要進(jìn)行控制。我們采用的方法是跳躍式分段焊接，避免焊接熱量集中，減少焊接熱量對(duì)縱梁造成的變形，同時(shí)又可以使其焊接應(yīng)力達(dá)到相互抵消。

如圖5所示（黑色部分為第一序焊縫，白色部分為第二序焊縫），在每一序均采用跳躍式焊接方法可有效減少CO2焊接變形量。

3.2.2 車(chē)架總成利用橫梁進(jìn)行反變形控制

考慮焊接變形的無(wú)法消除，在車(chē)架OP10工位利用各橫梁對(duì)縱梁總成Y向和Z向進(jìn)行定位控制，此處控制可有效消除縱梁總成Y向的扭曲及CO2焊接變形。

圖5 車(chē)架縱梁分段跳躍式焊接示意圖

3.3 車(chē)架總成的矯正控制

通過(guò)上述分析，在縱梁焊接的時(shí)候，經(jīng)過(guò)分段跳躍式焊接和橫梁定位的方法，縱梁總成的Y向變形得到了有效控制，但Z向變形方面仍無(wú)法有效控制。為此車(chē)架總成仍需進(jìn)行Z方向的矯正控制，校正工位的工序順序選擇對(duì)車(chē)架總成Z向精度控制至關(guān)重要。

通過(guò)分析，對(duì)于功能尺寸要求較高的件，我們安排在同一工序焊接，雖能保證部分精度控制點(diǎn)的絕對(duì)準(zhǔn)確，但因縱梁總成的反彈扭曲，導(dǎo)致縱梁與各焊接小件的相對(duì)位置不準(zhǔn)確，故導(dǎo)致車(chē)架Z向尺寸不穩(wěn)定，故確定在車(chē)架OP10工位后增加校正工位對(duì)車(chē)架整體Z向進(jìn)行校正。

校正工位采用液壓電控系統(tǒng)，以車(chē)架中部結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定部分為固定夾持，分別利用液壓缸機(jī)械校正車(chē)架前后兩段，以縱梁Z向基準(zhǔn)為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校正車(chē)架兩端Z向尺寸。校正前對(duì)車(chē)架狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量取樣，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得出校正工位的參數(shù)，并且校正工位參數(shù)可以根據(jù)車(chē)架取樣狀態(tài)對(duì)每個(gè)車(chē)架選擇不同的參數(shù)進(jìn)行校正。達(dá)到對(duì)不同狀態(tài)的車(chē)架均能校正合格的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

由于整體式縱梁的扭曲、反彈量大，大大增加了整體式車(chē)架的精度控制難度。本文從自身車(chē)型實(shí)際出發(fā)，探討了影響整體式車(chē)架精度校正的因素，并從如何控制縱梁?jiǎn)渭⒖v梁總成和車(chē)架總成的焊接變形等方面介紹了如何進(jìn)行整體式車(chē)架的精度矯正控制。關(guān)于如何使用夾具進(jìn)行校正，目前在國(guó)內(nèi)還屬于較為陌生的領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)也一直眾說(shuō)紛紜，但就自身項(xiàng)目來(lái)看，獲得了較為良好的效果，故淺顯的提出來(lái)與大家共享。