車身尺寸偏差分析及車身尺寸控制方法

胡磊

摘 要：轎車車身是整個(gè)轎車的重要組成部分，是整個(gè)汽車零部件的載體，轎車車身的制造質(zhì)量和轎車的整體性能息息相關(guān)，目前國(guó)內(nèi)外的轎車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)己日趨白熱化，努力提高車身制造技術(shù)水平，才能使自己的產(chǎn)品在市場(chǎng)上有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。本文主要探討的是白車身尺寸偏差的原因，以及如何對(duì)白車身尺寸進(jìn)行控制從而提高白車身尺寸精度。

關(guān)鍵詞：車身尺寸；檢測(cè)；控制

1.白車身尺寸偏差原因分析

汽車生產(chǎn)制造包括沖壓、焊接、涂裝和總裝四大工藝。其中沖壓和焊接為白車身的制造過程。白車身零件眾多，曲面復(fù)雜，覆蓋件的沖壓工藝和焊接工藝難度較高，工藝質(zhì)量不好控制，同時(shí)白車身的裝配精度要求又非常高，要控制好轎車車身尺寸是非常困難的。

轎車車身開發(fā)和制造過程經(jīng)過多個(gè)階段，從數(shù)模到白車身的生產(chǎn)過程中，白車身尺寸偏差原因主要由以下幾個(gè)方面：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、零部件質(zhì)量、焊接夾具質(zhì)量、焊接變形、人為操作影響。

1.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)

轎車車身開發(fā)過程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)尤為重要，設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的固有質(zhì)量。與車身質(zhì)量有關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般包括：車身結(jié)構(gòu)三維數(shù)模的建立、模具設(shè)計(jì)、檢具設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)及規(guī)劃等。

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要對(duì)車身進(jìn)行合理的分塊，車身分塊時(shí)要考慮零件的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)，檢具設(shè)計(jì)，還要分析車身的焊裝工藝，焊點(diǎn)布置、夾具設(shè)計(jì)、焊裝線規(guī)劃等，以及后續(xù)的裝配工藝、整車外觀和性能，它們中任何一個(gè)不合理的設(shè)計(jì)，都會(huì)在后續(xù)的車身開發(fā)制造中產(chǎn)生不良影響，不利于車身質(zhì)量的提高。

如何判斷一個(gè)白車身工藝性的好壞？第一點(diǎn)，分析該白車身的結(jié)構(gòu)是否有足夠可進(jìn)行分解焊接的工藝分離面。第二點(diǎn)，在沖壓工藝和資金準(zhǔn)備等條件允許的情況下，盡可能采用整體結(jié)構(gòu)，減少鈑金分塊，特別對(duì)于精度要求高的結(jié)構(gòu)和尺寸，焊接容易變形的結(jié)構(gòu)或者尺寸盡量采用整體沖壓。第三，沖壓件的結(jié)構(gòu)（強(qiáng)度和型面）設(shè)計(jì)、孔位（功能孔、工藝孔）設(shè)計(jì)以及件和件之間的焊接接頭設(shè)計(jì)要合理。

1.2 零件尺寸偏差

所謂零件尺寸不合格是指零件實(shí)物尺寸和產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙不一致，即通常說的零件尺寸超差。汽車覆蓋件大量應(yīng)用高強(qiáng)度薄鋼板，導(dǎo)致沖壓件形狀尺寸精度不良的問題也越來(lái)越多，毛坯在沖壓成形過程中由于受到不均勻變形，零件局部尺寸與標(biāo)準(zhǔn)形面不能吻合，或者由于沖壓工藝設(shè)計(jì)不合理，模具和鋼板本身的質(zhì)量問題，都會(huì)引起零件缺陷在實(shí)際的車身零部件制造過程中產(chǎn)生偏差。有時(shí)，對(duì)于某些零件非主要尺寸的尺寸偏差，在車身焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定影響的，我們可以在不影響車身質(zhì)量的前提下適當(dāng)?shù)卣{(diào)整夾具，來(lái)消除對(duì)焊接的影響，但在很多情況下，我們是不能通過調(diào)整夾具就可以避免這些影響的。如果零件尺寸特別是主要尺寸不合格，就不能正確的在夾具上裝夾，或者在裝夾時(shí)零件形面和其他零件的形面不能很好的貼合，過渡不協(xié)調(diào)平順，從而無(wú)法焊接，有時(shí)雖然零件可以裝夾并焊接，但由于零件之間匹配協(xié)調(diào)不好，在夾具上用較大的壓緊力強(qiáng)行把零件銜接在一起，使其可以點(diǎn)焊，但由于夾具的壓緊力使零件之間產(chǎn)生了強(qiáng)制變形，必然會(huì)造成尺寸偏差。

1.3 焊接夾具質(zhì)量

焊接夾具一般包含基板、定位裝置和夾緊裝置，有的夾具也包含旋轉(zhuǎn)等一些輔助機(jī)構(gòu)，將零件在夾具上定位夾緊、按照工藝進(jìn)行焊接、卸下焊接組件就完成了一個(gè)焊接過程。要保證車身質(zhì)量，在試生產(chǎn)前，夾具的安裝和調(diào)試也非常重要，只有零件、夾具和實(shí)際操作匹配協(xié)調(diào)好之后，夾具才能正式驗(yàn)收使用。由于夾具使用頻繁，使用過程中難免會(huì)發(fā)生偏移，磨損等現(xiàn)象，一旦夾具出現(xiàn)偏差，沖壓件就會(huì)出現(xiàn)定位偏差，在焊接時(shí)必將扭曲變形，最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)車身裝配誤差。

1.4焊接變形

焊接誤差造成的焊接變形一般很難進(jìn)行定量的計(jì)算和確定，焊接變形量的獲得是通過實(shí)際測(cè)量和理論分析相結(jié)合的方式獲得的，理論分析是對(duì)變形的情況進(jìn)行大致的定位分析，具體變形量的數(shù)值是進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)測(cè)量獲得。檢驗(yàn)變形量所需的測(cè)量方法很復(fù)雜，針對(duì)不同部位和不同的焊接方案，不同的焊接順序等等都是影響焊接變形的因素，我們都要進(jìn)行具體的分析和實(shí)際測(cè)量。在數(shù)據(jù)出來(lái)后，我們可以通過對(duì)夾具進(jìn)行精調(diào)后消除局部變形，從而減小部分焊接變形。但是很多焊接變形是不可能完全依靠調(diào)整夾具就能解決的，在焊接過程中，必須依靠合理的焊接工藝，選擇適合的焊接方法，控制穩(wěn)定的焊接規(guī)范，以減少焊接變形。

1.5操作影響

白車身的裝焊或是沖壓件的制造，都是有多個(gè)步驟，多個(gè)工序來(lái)完成的，從上一工序到下一工序，在取放過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定變形。另外由于操作者的熟練程度，是否嚴(yán)格按照操作規(guī)范末操作，都會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)性的制造誤差，在實(shí)際生產(chǎn)中，我們要盡量避免這種隨機(jī)誤差。

2.白車身尺寸檢測(cè)及控制方法

質(zhì)量檢測(cè)是質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，目前在汽車生產(chǎn)中鋼卷尺、游標(biāo)卡尺、塞尺等簡(jiǎn)單的測(cè)量工具由于使用方便還在廣泛應(yīng)用；另外，專用檢具及樣板也是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制中不可缺少的工具，檢具是針對(duì)特定的零件或總成來(lái)控制所有關(guān)鍵尺寸。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)由于測(cè)量精準(zhǔn)，目前在全世界各大汽車廠得到廣泛的應(yīng)用，隨著在線測(cè)量技術(shù)的日趨完成，該種監(jiān)控手段也逐步在生產(chǎn)領(lǐng)域采用。

2.1測(cè)量點(diǎn)檢測(cè)及功能尺寸

車身檢測(cè)是在零件或總成上選取一些能夠反映產(chǎn)品尺寸信息的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，為了提高車身尺寸檢測(cè)數(shù)據(jù)處理分析效率和控制管理水平引，德國(guó)大眾汽車公司于90年代提出并推行了功能尺寸系統(tǒng)（Functional Dimension System，F(xiàn)DS）的概念。即“從一般產(chǎn)品制造尺寸中選擇出那些能夠反映產(chǎn)品的重要功能而必須保證的尺寸”。

2.2車身尺寸穩(wěn)定性控制方法

2.2.1 車身穩(wěn)定性的重要性

對(duì)于我們的車身尺寸控制（包括調(diào)試）來(lái)講，穩(wěn)定性比準(zhǔn)確性更重要。比如說某個(gè)測(cè)量特性，它的測(cè)量結(jié)果表明它一直偏離正確位置10mm，怎么辦？很容易解決，只需要調(diào)整夾具，調(diào)過來(lái)10mm；就算因特殊原因，不能調(diào)整夾具，那改沖壓件也可以，會(huì)有立竿見影的效果。

如果一個(gè)測(cè)量特性，測(cè)量結(jié)果表明它在目標(biāo)值的正負(fù)5mm之間波動(dòng)，這個(gè)問題怎么辦？通過調(diào)夾具能解決嗎？通過更改沖壓件能解決嗎？

2.2.2 6σ理論

為了對(duì)車身尺寸的穩(wěn)定性進(jìn)行控制，我們引入6σ符合率或穩(wěn)定性符合率這一質(zhì)量指標(biāo)。

σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差，它反映的是特性的分散程度， σ越大，表示特性越不穩(wěn)定。在我們車身尺寸中，就表示某個(gè)控制點(diǎn)不穩(wěn)定。6σ就是σ的六倍。我們的目標(biāo)：σ越小越好

σ實(shí)際運(yùn)用中常用下面這個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算：

σ^2=[（x1-x）^2+（x2-x）^2+......（xn-x）^2]/（n） （x為平均數(shù)）

2.2.3 穩(wěn)定性指標(biāo)的評(píng)價(jià)方案

我公司目前采用過程能力指數(shù)（CP）來(lái)評(píng)價(jià)車身的穩(wěn)定性。

過程能力指數(shù)，是評(píng)價(jià)過程處于穩(wěn)定狀態(tài)下的實(shí)際加工能力對(duì)滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量要求（即公差）的保證程度。目前按照德國(guó)大眾康采恩對(duì)功能尺寸最新的過程能力指數(shù)（CP）評(píng)價(jià)要求，通常用CP來(lái)表示。

CP：這是一個(gè)能力指數(shù)，是公差允許的最大變差與過程能力之比。該指數(shù)提供過程滿足變差要求程度的一個(gè)度量。計(jì)算方法為：CP=T/6σ=（TU-TL）/6σTU：上公差TL：下公差

CP只與過程穩(wěn)定性有關(guān)，與過程位置無(wú)關(guān)。

CP≥1.33 過程能力充分

1.00≤CP<1.33過程能力可接受

CP<1 過程能力不充分

這個(gè)時(shí)候我們就要從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)多方面對(duì)CP值小于1的尺寸進(jìn)行分析，找到其不穩(wěn)定原因，然后制定整改措施，讓CP值控制在1以上。整改后進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證，直到確認(rèn)該點(diǎn)已經(jīng)穩(wěn)定在1.33以上。

文章總結(jié)：目前我公司在車身尺寸穩(wěn)定性除了普通點(diǎn)及功能尺寸點(diǎn)測(cè)量結(jié)果的合格率以外，已經(jīng)逐步開展對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算和控制。我所在部門作為車身尺寸控制的主要負(fù)責(zé)部門，需要在后續(xù)的工作中聯(lián)合質(zhì)保、產(chǎn)品、規(guī)劃、生產(chǎn)車間等部門，系統(tǒng)開展尺寸穩(wěn)定性控制相關(guān)業(yè)務(wù)，探索適合本公司的車身尺寸穩(wěn)定性控制的方式和方法。