客車骨架變形的原因分析及其控制方法

許彥池

（石家莊中博汽車有限公司，石家莊050800）

1 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，機(jī)動車產(chǎn)銷量、保有量逐年升高，城市交通擁堵日趨嚴(yán)重，城市客車的需求逐年上升，發(fā)展迅速?？蛙囓嚿砉羌苁且粋€空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)焊接拼裝而成，大型客車基本為全承載結(jié)構(gòu)，其受力情況比較復(fù)雜，尤其在坑洼路段、山區(qū)路段行駛時，容易因車輛扭轉(zhuǎn)，使得整個車體受到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力[1,2]、剪切應(yīng)力，尤其車架與車身焊接部位，容易造成骨架開裂、斷裂的風(fēng)險。如果車身骨架在拼裝過程中控制不到位，不僅僅影響車輛后續(xù)外飾部件的安裝、內(nèi)飾部件的安裝等關(guān)鍵工序的制作，同時對于整車的可靠性、安全性等關(guān)鍵指標(biāo)[3]均會產(chǎn)生重大影響。

客車整車骨架變形是目前行業(yè)內(nèi)主機(jī)廠所面臨的一個共性問題，畢竟客車生產(chǎn)還沒有達(dá)到孤獨(dú)的機(jī)械自動化，所以如何更好地解決預(yù)防骨架變形，是各大客車廠提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵課題之一。那么，拼裝后的整車骨架變形將直接導(dǎo)致骨架修整校正工作量的增加，而且目前國內(nèi)主機(jī)廠校正工作主要是采用人力憑經(jīng)驗(yàn)采用物理修整，造成骨架局部平整度差，不僅影響整車的骨架強(qiáng)度，單純靠焊工的技能水平，沒有好的工藝手段保證，一旦一致性出現(xiàn)問題，個別車型因變形嚴(yán)重，很有可能造成停線，都超差車輛進(jìn)行返工、修正，會嚴(yán)重造成生產(chǎn)線停滯，阻塞車輛流轉(zhuǎn)，降低生產(chǎn)效率。以下，詳細(xì)介紹SQ6120AYW2試制過程中的骨架變形、變形原因及解決方案等。

2 車身骨架變形現(xiàn)狀

①整車骨架腰梁直線度超差，無法保證側(cè)圍蒙皮安裝后的平面度。主要是車身側(cè)圍骨架在運(yùn)輸、吊裝的過程中，以及整體焊接后變形，左、右側(cè)圍骨架底邊梁受力，另外左右側(cè)圍骨架放置在胎架上進(jìn)行骨架相關(guān)埋鐵、風(fēng)道型材等零部件的焊接安裝時，因熱脹冷縮等原因，很容易使整個側(cè)圍骨架在腰梁中間位置，形成向上彎曲的變形，必須進(jìn)行大量的修整工作，否則會對外飾如漲拉蒙皮的安裝產(chǎn)生重大影響。并且，部分車型側(cè)圍骨架上有設(shè)計安裝側(cè)圍蒙皮使用的壓板，因骨架變形，壓板呈弧形，嚴(yán)重影響車身外觀質(zhì)量。

②整車車身左右側(cè)各艙體、洞口尺寸不符合設(shè)計要求，造成側(cè)艙門、乘客門無法安裝，蒙皮高低不平，必須進(jìn)行大量修整或返工，影響生產(chǎn)進(jìn)度。

由于整車骨架胎具定位點(diǎn)、焊接順序不當(dāng)、焊接變形等多種原因，極易造成骨架洞口尺寸變化。為了保證整車側(cè)艙門能夠順利安裝，并且達(dá)到很好的表觀質(zhì)量，導(dǎo)致在側(cè)艙門安裝時不得不對艙門進(jìn)行修剪，極大地降低生產(chǎn)效率，并且很難保證一致性。

3 原因分析

為了解決上述因骨架變形造成的產(chǎn)品質(zhì)量問題，以及如何提高車輛制作的生產(chǎn)效率，中博汽車在幾款新產(chǎn)品開發(fā)過程中，通過樣車試制、小批量試制，公司成立技術(shù)、工藝牽頭的攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，不斷對實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄分析，基本確定以上骨架變形的真正原因：①目新能源客車雖然較傳統(tǒng)的燃油汽車減少了發(fā)動機(jī)、變速箱等動力總成，但因目前受限于電池能量密度的限制，為了滿足大的續(xù)航里程，滿足正常使用需求，整車不得不搭載眾多的電池，導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)布置非常緊張，從而造成整車骨架，尤其側(cè)圍骨架腰梁部位，上部的焊接面積過大，而下部焊接面積太小。②整車側(cè)圍骨架是由若干的弧桿件及直桿件、埋鐵焊接而成，整體胎具為平面焊胎，如果沒有良好的工藝焊接順序，當(dāng)操作者焊接完成后，雖然各類定位塊是按照技術(shù)圖紙要求設(shè)定，因熱脹冷縮的原因，很容易造成側(cè)圍骨架的各關(guān)鍵尺寸超差。③另外，當(dāng)側(cè)圍骨架組對完成，需要從平面胎具中取出，由焊工操作者進(jìn)行滿焊的工序，因?yàn)榇藭r已經(jīng)沒有所有的限位卡具，當(dāng)冷卻后，更加造成了各艙門口等關(guān)鍵尺寸的誤差，修復(fù)工作量巨大。④而當(dāng)進(jìn)行整車合攏時，側(cè)圍骨架、頂蓋骨架、車架等需要采用航吊車運(yùn)輸?shù)胶蠑n臺，運(yùn)輸過程中如果吊裝點(diǎn)選取不當(dāng)，很容易導(dǎo)致腰梁上彎，形成永久塑性變形，立車之時畢竟進(jìn)行修復(fù)才能使用，耗費(fèi)大量工時。⑤整車骨架再合攏臺合裝之后，在焊接如風(fēng)道角鐵、埋鐵等附件時，會因?yàn)檐嚿砉羌茏灾氐仍蛟斐烧w車身的再次變形，增加修整工作量。⑥客車生產(chǎn)工藝，主要靠人工操作，受限于焊工技能水平影響，也是造成焊接變形的原因之一。

4 預(yù)防控制措施

眾所周知，客車的主要功能是運(yùn)送乘客，加之新能源客車，需要搭載大量的動力電池，整車空間極其緊張，基本無法從布置結(jié)構(gòu)上做根本性的改變。因此，只有從工藝技術(shù)的角度，在制程中通過工藝手段控制骨架變形量，通過工序的調(diào)整，焊接順序等改變，才能有效地保證變形量在公差允許范圍之內(nèi)，即保證整車的品質(zhì)提升又能有效的提升工作效率。只有利用工藝方法將整車骨架焊接后的變形控制到最小范圍內(nèi)是解決問題的重要措施。故，中博汽車采取了一系列工藝手段來進(jìn)行改善。

4.1 工藝技術(shù)控制法

①重新變更組焊用胎架的設(shè)計，根據(jù)前期統(tǒng)計、分析得到的積累數(shù)據(jù)，特意將腰梁、底裙梁等變形部位進(jìn)行調(diào)整，同時對于卡具的安裝位置進(jìn)行調(diào)整，盡可能的靠近側(cè)圍骨架腰梁、各側(cè)艙門洞口立柱部位，約50mm左右，可以大大縮小變形，如圖1所示為我司側(cè)圍骨架焊接胎具。②統(tǒng)一組焊工序的要求。首先將合攏后的部件進(jìn)行定位焊，比如側(cè)圍骨架、頂蓋骨架、前后圍骨架對接面在Z方向上保持平齊，然后在對接各總成骨架方鋼兩端進(jìn)行點(diǎn)焊固定，點(diǎn)焊距離400mm-500mm確定一個點(diǎn)焊位，合攏完成之后再進(jìn)行各拼裝總成滿焊工作。③調(diào)整骨架組焊之后的焊接順序。對于整車側(cè)圍骨架腰圍梁之處的變形，工藝部經(jīng)過分析論證，重新規(guī)范了焊接順序。首先，根據(jù)車型長度不同將左、右側(cè)圍骨架整體區(qū)分成5-6個部分，整個焊接過程中，每名焊工操作者按照劃分好的區(qū)域，進(jìn)行焊接操作。在整車X方向上，即前進(jìn)方向，統(tǒng)一按照由前向后或者由后向前的順序進(jìn)行滿焊焊接，在整車Z方向，統(tǒng)一由上至下進(jìn)行滿焊焊接。④工藝針對同一零件方鋼的焊接順序及方法進(jìn)行規(guī)范，先焊接角焊縫，再焊接平焊縫，最后再焊側(cè)圍骨架預(yù)埋鐵等零部件。⑤增加工藝支撐梁。對關(guān)鍵部位以及容易因轉(zhuǎn)運(yùn)造成變形之處，例如上訴提到的側(cè)圍骨架腰梁等部位，需要在側(cè)圍骨架總成還未從組焊胎中取出時加焊方鋼工藝支撐梁，以保證取出后不會變成。⑥變更零部件的起吊方式。原有的工藝是使用吊鉤，組焊后的骨架從中間部位直接吊車起吊，現(xiàn)在將起吊點(diǎn)變更后4-6點(diǎn)，同時，改用軟吊具，這樣能保證側(cè)圍從焊胎中取出時平面度盡可能的好，減少變形。⑦調(diào)整工序。車輛合攏之后，相關(guān)工藝支撐梁不應(yīng)取下，應(yīng)繼續(xù)保有，當(dāng)合攏完成之后，牛腿焊接完成之后，再取消，這樣可以最大限度地減少焊接變形，如圖2所示車內(nèi)窗口、對角線等部位均加有工藝支撐梁。

圖1 側(cè)圍骨架平面胎具

圖2 合攏后整車骨架

4.2 工裝胎具改進(jìn)控制方法

①設(shè)計制作專用反面焊接胎具。大家知道將組焊后的側(cè)圍骨架從胎具中取出后，掉轉(zhuǎn)方向進(jìn)行反面焊接，極易產(chǎn)生不定方向的變形，我司根據(jù)新能源客車的特點(diǎn)以及組焊胎方式的區(qū)別，攻關(guān)小組專門設(shè)計制作了側(cè)圍骨架反面焊接以及修整打磨兩種胎具。針對變形嚴(yán)重部位以及需要控制的關(guān)鍵尺寸部位，重新設(shè)計安裝卡具，從而有效的控制側(cè)圍骨架翻轉(zhuǎn)之后滿焊所產(chǎn)生的塑性變形。

②目前我司焊裝生產(chǎn)線是采用板鏈傳送的方式傳遞工位，為了解決側(cè)圍骨架在腰圍梁處形成的向上彎曲變形問題，我司攻關(guān)小組自行設(shè)計制作了可以調(diào)節(jié)的支車底座，如圖3所示，根據(jù)不同長度的車型，可以變更底座位置，可以利用車身骨架的自重進(jìn)行校正。

圖3 可調(diào)節(jié)式支撐底座

5 優(yōu)化后效果對比

通過以上一系列措施，工藝角度規(guī)范整車骨架的組焊，起吊工具的調(diào)整，焊接工序的改變，使得我公司車輛在整車骨架合裝之后，即使不進(jìn)行校正，整車骨架平直度也可以控制在設(shè)計公差允許范圍之內(nèi)，可以有效地提高我司焊裝車間骨架工位生產(chǎn)效率約30%。同時，整車側(cè)圍骨架各艙門洞口對角線偏差也能夠很好的保證最小，實(shí)際多車測量，艙門洞口、乘客門洞口對角線誤差控制在3mm以內(nèi)，大大降低了安裝側(cè)艙門時打磨修剪工作量，經(jīng)過測算，可以提高焊裝車間蒙皮、側(cè)艙門工位生產(chǎn)效率約30%，同時，也最大限度地保證了車身腰圍梁直線度，使得焊裝車間工作結(jié)束后白車身表觀質(zhì)量極大提高，也可以減少涂裝車間打磨、刮膩?zhàn)拥墓ぷ髁浚嵘宜菊w生產(chǎn)效率。

6 結(jié)論

客車骨架是客車車身的主要載體，而整車骨架拼裝精度的保證是整車底盤、電器、內(nèi)、外飾件裝配達(dá)到技術(shù)要求的前提。隨著客車行業(yè)、新能源客車的高速發(fā)展，越來越多的有別于傳統(tǒng)燃料車型的新能源客車專用結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)，那么好的設(shè)計離不開優(yōu)秀的工藝保證，只有不斷的改進(jìn)工藝手段，創(chuàng)新前行，才能制造出更具有性價比的產(chǎn)品。