水箱橫梁總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)車身尺寸的影響

胡燕 陳鵬

摘 要：本文簡(jiǎn)要描述常規(guī)乘用車車身水箱橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合車身制造過(guò)程中，水箱橫梁上相關(guān)安裝點(diǎn)尺寸偏差進(jìn)行分析，對(duì)不同結(jié)構(gòu)車身尺寸的偏差正負(fù)影響進(jìn)行比對(duì)，整理出不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸偏差規(guī)律。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu);封閉;公差;焊接

1 白車身前部結(jié)構(gòu)

從白車身車身結(jié)構(gòu)上，一般情況下將車身前艙模塊分成幾大部分：左右縱梁輪罩總成、水箱橫梁總成、前擋板總成、流水槽總成，以及車身焊接裝配零部件左右翼子板、發(fā)艙蓋總成，前艙設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)整車前部外飾部分的裝配效果影響非常大，因?yàn)椴煌Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)車身對(duì)應(yīng)安裝點(diǎn)的控制要求不同，如果再由于保障車身尺寸安裝點(diǎn)的工裝設(shè)計(jì)不充分的情況下，前部各對(duì)應(yīng)的安裝點(diǎn)尺寸偏差就很大了，有點(diǎn)偏差達(dá)±2mm，甚至更偏超過(guò)了±3mm，影響整車感官效果的裝配件主要是前?？偝?、左右前大燈總成、格柵總成等等，這些安裝點(diǎn)主要設(shè)計(jì)在水箱橫梁總成上，本文主要按照水箱橫梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不同，進(jìn)行分析。

2 水箱橫梁總成設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

車身前艙作為主要零部件安裝的區(qū)域，對(duì)應(yīng)的各安裝點(diǎn)精度要求均比較高，

左右前縱梁輪罩安裝點(diǎn)的精度影響著前輪各項(xiàng)性能參數(shù)，作為影響客戶感官的保及大燈的安裝點(diǎn)尺寸精度要求也是更高，以使直接能夠吸引到客戶，保和燈安裝點(diǎn)主要設(shè)計(jì)在水箱橫梁總成上，水箱橫梁總成一般分成上橫梁分總成、下橫梁分總成、左豎板分總成、右豎板分總成，中豎板分總成幾大部分，水箱橫梁總成結(jié)構(gòu)分成封閉和半封閉結(jié)構(gòu)，同時(shí)針對(duì)左右大燈安裝支架總成，結(jié)合不同的設(shè)計(jì)理念有螺栓連接和點(diǎn)焊焊接兩種形式，使大燈安裝支架和水箱上橫梁及縱梁輪罩總成鏈接一起，目前普遍采用的是螺栓連接形式。

2.1 封閉式水箱橫梁總成

封閉式水箱橫梁總成結(jié)構(gòu)是將上橫梁總成、下橫梁總成、左右豎板總成形成一個(gè)焊接的封閉環(huán)，然后封閉環(huán)裝總成與左右縱梁輪罩總成實(shí)施點(diǎn)焊焊接，最終形成一種四面牢固的車身前部焊接總成，如圖1，這種結(jié)構(gòu)在前期車身設(shè)計(jì)中比較常用，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝方式簡(jiǎn)單，全部采用點(diǎn)焊焊接形式，過(guò)程中不需要更換調(diào)整任何作業(yè)工具，封閉水箱橫梁總成結(jié)合前艙整體封閉式的結(jié)構(gòu)能夠?qū)嚿沓叽绾芎玫募s束，一般情況下左右縱梁輪罩總成焊接反彈問(wèn)題都比較嚴(yán)重，通過(guò)這種封閉式結(jié)構(gòu)，對(duì)其Y向反彈過(guò)程缺陷進(jìn)行有效的制約，但是這種結(jié)構(gòu)也有很大的弊端：（1）已經(jīng)焊接封閉的結(jié)構(gòu)，若出現(xiàn)尺寸的偏差，無(wú)法再次進(jìn)行調(diào)整，影響車身尺寸及外飾匹配效果;（2）影響焊裝、涂裝、總裝后續(xù)多到工序的作業(yè)操作存在，由于封閉環(huán)的存在，在進(jìn)行艙內(nèi)焊接、噴涂、裝配時(shí)，作業(yè)人員均必須跨越進(jìn)去，影響作業(yè)效率，同時(shí)也存在安全隱患，特別是對(duì)總裝裝配前艙線束、膨脹壺、隔熱墊、真空助力器等等影響比較明顯，作業(yè)工時(shí)影響15S，此種結(jié)構(gòu)目前已經(jīng)不再被推薦使用。

2.2 半封閉式水箱橫梁總成

半封閉式水箱橫梁總成是指將水箱下橫梁總成、左豎板總成、右豎板總成實(shí)施U型焊接，然后再將水箱上橫梁總成實(shí)施螺栓連接形成封閉環(huán)裝結(jié)構(gòu)，同時(shí)結(jié)合左右豎板端面搭接結(jié)構(gòu)不同，有分成兩種形式，一種是實(shí)施XZ面貼合焊接或裝配的形式，如圖2，一種實(shí)施YZ面貼合焊接或裝配的形式，如圖3;這兩種形式對(duì)焊接的尺寸的影響控制方面不同。

2.2.1 半封閉式水箱橫梁XZ面結(jié)構(gòu)

水箱橫梁總成與縱梁輪罩總成實(shí)施XZ貼合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)其大燈及前保安裝點(diǎn)的尺寸控制難度比較大，縱梁本體一般采用1.5mm厚度ST14鋼板成型，拉延深度比較大，成型不到位，出現(xiàn)反彈，導(dǎo)致其尺寸安裝點(diǎn)位置偏差不穩(wěn)定，前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多采用這種形式，如下表所示，該結(jié)構(gòu)Y向尺寸控制明顯不理想，前大燈如表1統(tǒng)計(jì)，安裝點(diǎn)第50點(diǎn)的Y向尺寸偏差最大，但是由于安裝點(diǎn)Y向受制約縱梁本體的影響，無(wú)法進(jìn)行有效的尺寸調(diào)整，嚴(yán)重影響大燈對(duì)應(yīng)位置的安裝，會(huì)導(dǎo)致匹配效果不良，同時(shí)為了滿足最終的裝配效果，總裝模塊需要對(duì)大燈安裝點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)孔安裝，但是由于擴(kuò)口會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)安裝點(diǎn)開(kāi)裂，最終可能影響大燈燈光效果，不滿足裝車要求，同時(shí)安裝點(diǎn)第50點(diǎn)X向尺寸基本受控，在要求的公差范圍內(nèi)，主要原因是在進(jìn)行工裝定位焊接時(shí)，可以X正負(fù)方向自由的調(diào)整，以滿足公差設(shè)計(jì)要求。

2.2.2 半封閉式水箱橫梁YZ面結(jié)構(gòu)

水箱橫梁總成采用螺栓或者點(diǎn)焊焊接的形式，與左右前縱梁輪罩總成YZ端面進(jìn)行連接，一般情況下發(fā)艙總成焊接時(shí)左右前縱梁輪罩總成采用前后各一個(gè)定位銷，同時(shí)采用的是前部為圓銷定位，后部采用的X方向的菱形銷定位，同時(shí)水箱橫梁采用一左一右兩個(gè)定位銷定位，仍舊是采用左側(cè)圓銷右側(cè)菱形銷，再進(jìn)行縱梁輪罩定位焊接時(shí)，其工裝能夠比較好的保證下部主定位的尺寸，但是由于縱梁本身零部件反彈，和其直接連接的支架安裝點(diǎn)就難于保證安裝點(diǎn)尺寸，采用YZ端面連接時(shí)，為了吸收由于零部件反彈導(dǎo)致Y向尺寸控制問(wèn)題，以螺栓連接形式威力，主要將端面連接點(diǎn)的安裝孔設(shè)計(jì)為φ9*12Y向腰型孔，對(duì)應(yīng)連接螺栓型號(hào)為M8。

如圖3所示及表2統(tǒng)計(jì)前大燈安裝點(diǎn)第36點(diǎn)Y向基本受控，同時(shí)第37點(diǎn)Y向安裝同樣基本受控，水箱橫梁左右豎板與前縱梁輪罩總成采用Y向端面螺栓連接，以Y向腰型孔吸收了由于縱梁反彈導(dǎo)致尺寸偏差，同時(shí)通過(guò)工裝定位可以保障水箱橫梁上大燈及前保安裝的相對(duì)位置尺寸，在這里水箱上橫梁總成為了確保整車開(kāi)口尺寸，仍舊是在焊裝車間采用螺栓連接的形式，將車身形成一個(gè)帶有裝配環(huán)節(jié)的封閉環(huán)，通過(guò)涂裝噴涂以及過(guò)程裝運(yùn)，將焊接裝配產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力釋放，總裝ZOO1工位上線時(shí)將水箱上橫梁總成拆卸下來(lái)，流轉(zhuǎn)到內(nèi)飾二階段水箱安裝前道序裝配，這樣方便內(nèi)飾一階段實(shí)施前艙隔熱墊、前艙線束、膨脹壺以及發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)其他附件的安裝，節(jié)省作業(yè)工時(shí)。

3 前段模塊的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

隨著設(shè)計(jì)能力不斷提升，以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師與工藝規(guī)劃工程師的深入?yún)f(xié)作，將工藝過(guò)程的作業(yè)缺陷及難點(diǎn)進(jìn)一步在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段彌補(bǔ)和規(guī)避，前段模塊設(shè)計(jì)理念已經(jīng)提出有一段時(shí)間，各設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)都在聯(lián)合工藝技術(shù)部門開(kāi)展此項(xiàng)工作。前端模塊就是將包含車身部件，散熱器部件、燈具部件以及前保部件集成為獨(dú)立的單元實(shí)施整車裝配的形式。模塊化的設(shè)計(jì)主要結(jié)合裝配工藝要求以及日益變化調(diào)整的產(chǎn)品需求，一方面縮短研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn)品系列，快速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，再一個(gè)方面就是減少在線作業(yè)工時(shí)，提升作業(yè)效率。水箱橫梁結(jié)構(gòu)作為前段模塊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可拆卸封閉環(huán)裝結(jié)構(gòu)是目前廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式，主要的作業(yè)流程是焊裝實(shí)施水箱橫梁總成焊接，然后在采用螺栓連接的形式以工裝定位的方式形成封閉式車身總成，同時(shí)涂裝噴涂，然后再總裝內(nèi)飾Z001工位拆卸，一些車型采用了前段模塊結(jié)構(gòu)的情況下，水箱橫梁總成配送至分裝區(qū)域?qū)嵤┫嚓P(guān)附件安裝形成前段模塊總成，最終在配送至大線實(shí)施裝配。

4 結(jié)語(yǔ)

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終目的都必須滿足裝車，但是滿足裝車關(guān)鍵要素是各個(gè)安裝點(diǎn)公差控制，不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的形式對(duì)車身尺寸的控制要點(diǎn)大有不同，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須和工藝設(shè)計(jì)同步開(kāi)展，實(shí)施GD&T以及RPS設(shè)計(jì)。