白車身焊接回彈控制研究

何金蓉 張?zhí)?/p>

摘 要：針對(duì)白車身焊接回彈導(dǎo)致尺寸偏差的問(wèn)題，介紹了焊接回彈的產(chǎn)生機(jī)理。以某車型前艙回彈變寬為例，提出了通過(guò)優(yōu)化相關(guān)尺寸鏈的零件公差來(lái)消除焊接回彈的方法。實(shí)踐數(shù)據(jù)結(jié)果表明，采取措施后回彈現(xiàn)象消失，問(wèn)題得到有效解決。方法可為汽車企業(yè)解決白車身尺寸偏差問(wèn)題提供參考。

關(guān)鍵詞：焊接回彈;白車身;尺寸鏈

1 引言

在汽車市場(chǎng)中，為了提高汽車的品牌競(jìng)爭(zhēng)力，世界各大汽車制造企業(yè)都在提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本的研究中下足了功夫。其中，汽車白車身的制造質(zhì)量控制就是一個(gè)重要課題。有報(bào)告顯示，41%的車身質(zhì)量問(wèn)題是由于制造過(guò)程中白車身尺寸產(chǎn)生偏差引起的[1]，因此提高白車身的焊接尺寸質(zhì)量成為了重中之重。白車身通常由400個(gè)以上的薄板件焊接而成[2]，期間要經(jīng)過(guò)60～80個(gè)工位，200多個(gè)工序，2000多個(gè)裝夾定位點(diǎn)，4000～5000個(gè)焊點(diǎn)。由于整個(gè)白車身生產(chǎn)制造過(guò)程中環(huán)節(jié)眾多，不可避免的產(chǎn)生了各種尺寸偏差源，因此對(duì)焊接過(guò)程產(chǎn)生的偏差源進(jìn)行深入分析研究，對(duì)白車身制造質(zhì)量的提高有著重要的指導(dǎo)意義。

白車身的生產(chǎn)過(guò)程，就是多個(gè)零件被拼焊成分總成，分總成再拼焊成為一個(gè)大總成的過(guò)程，整個(gè)焊接過(guò)程中產(chǎn)生的誤差主要分為零件誤差、夾具誤差、焊接過(guò)程誤差、焊裝完成后回彈誤差。其中焊裝完成后的回彈誤差決定了整個(gè)白車身的最終形成尺寸，是白車身生產(chǎn)制造問(wèn)題中的直接原因，也是整個(gè)白車身焊接尺寸控制的重點(diǎn)研究方向。

本文從控制焊接回彈角度出發(fā)，介紹焊接回彈的產(chǎn)生機(jī)理，結(jié)合某車型前艙回彈變寬的實(shí)際案例，提出控制焊接回彈的解決措施，以期為白車身制造質(zhì)量控制提供參考借鑒。

2 焊接回彈產(chǎn)生機(jī)理

車身是由各個(gè)柔性的薄板件經(jīng)過(guò)多到工序焊接而成，定位于夾具上的薄板件在本身零件偏差、夾具夾緊力、焊槍電極力等各個(gè)作用力下發(fā)生復(fù)雜的偏移，使得薄板件在內(nèi)力與各種外力作用下發(fā)生變形焊接，焊接完成后板件仍存在各種焊接應(yīng)力，此時(shí)打開(kāi)夾具會(huì)使得裝配件在內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生回彈，導(dǎo)致尺寸偏差[3]。圖1為薄板件在定位夾具上的焊接及回彈過(guò)程。薄板件在焊裝夾具上關(guān)夾到理論位置時(shí)發(fā)生了變形，由于焊接熱變形及零件本身內(nèi)應(yīng)力的存在，夾具開(kāi)夾后發(fā)生變形回彈，導(dǎo)致總成件尺寸出現(xiàn)偏差。

3 焊接回彈實(shí)例分析

某車型前艙立柱各安裝點(diǎn)整體偏寬約3.0mm，導(dǎo)致總裝前保險(xiǎn)杠及前大燈等零件裝配困難，以白車身前大燈安裝點(diǎn)CMM數(shù)據(jù)為分析點(diǎn)，CMM數(shù)據(jù)如圖2所示，測(cè)點(diǎn)外偏1.5mm，與故障表現(xiàn)一致。

影響焊接裝配誤差的因素主要有：零件誤差、夾具誤差、焊接過(guò)程誤差、焊裝完成后回彈誤差等，對(duì)上述影響因素進(jìn)行分析排查后，鎖定了焊接完成后回彈誤差是導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)偏差的直接原因。為了確認(rèn)焊接回彈對(duì)問(wèn)題的影響程度，使用前大燈安裝點(diǎn)寬度檢具收集了該車型20臺(tái)車前大燈安裝點(diǎn)夾具開(kāi)夾前后的寬度變化數(shù)據(jù)，如圖3所示。數(shù)據(jù)表明，工裝夾具開(kāi)夾前測(cè)點(diǎn)寬度仍在理論狀態(tài)，夾具開(kāi)夾后測(cè)點(diǎn)回彈變寬約2.5～3.0mm，由此也證明了焊接后因各種應(yīng)力引起的回彈誤差是導(dǎo)致尺寸偏差的直接原因。

4 焊接回彈控制方法

白車身焊接過(guò)程工序復(fù)雜，尺寸偏差源眾多，若通過(guò)分析焊接過(guò)程的各個(gè)工序焊接作用力下發(fā)生的變形偏移來(lái)尋找問(wèn)題點(diǎn)，不僅對(duì)測(cè)量設(shè)備資源要求高，而且分析調(diào)查周期長(zhǎng)，不符合汽車生產(chǎn)制造企業(yè)快速響應(yīng)、高效解決問(wèn)題的實(shí)際訴求。綜合上述分析及本實(shí)際案例的問(wèn)題表現(xiàn)特征，本文通過(guò)優(yōu)化相關(guān)尺寸鏈的零件公差來(lái)消除焊接回彈所產(chǎn)生的尺寸偏差。

本文案例中前大燈安裝點(diǎn)位于零件上彎梁支撐板上，控制前大燈安裝點(diǎn)尺寸也就是控制上彎梁支撐板零件定位尺寸，與之相關(guān)的零件搭接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示，大梁與大梁支架Z向搭接，大梁支架與上彎梁支撐板Y向搭接。

在求解幾何公差的尺寸鏈時(shí)，為了便于計(jì)算分析，將其轉(zhuǎn)化為直線尺寸鏈[4]，如圖5所示，建立尺寸鏈圖進(jìn)行分析，其中A1為大梁定位尺寸;A2為大梁與大梁支架搭接尺寸;A3為大梁支架與上彎梁支撐板搭接尺寸;A0為所需控制的前大燈安裝點(diǎn)尺寸。綜上可列出等式：A0=A1+A2+A3，其中A0封閉環(huán)。

為了消除因焊接回彈所產(chǎn)生的A0環(huán)尺寸偏差，將大梁與大梁支架搭接的A2環(huán)作為補(bǔ)償環(huán)重新對(duì)大梁支架公差進(jìn)行適配，支架公差由A2優(yōu)化為A2將A2環(huán)尺寸減小1.5mm。調(diào)整后重新收集20臺(tái)車前大燈安裝點(diǎn)夾具開(kāi)夾前后的寬度變化數(shù)據(jù)，如圖6所示，夾具開(kāi)夾后回彈量不超過(guò)0.5mm，焊接回彈問(wèn)題得到有效解決。跟蹤重新優(yōu)化零件公差的白車身尺寸表現(xiàn)，前大燈安裝點(diǎn)CMM數(shù)據(jù)重新回到公差范圍，如圖7所示，尺寸偏差問(wèn)題得到解決。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了焊接回彈的產(chǎn)生機(jī)理，結(jié)合某車型前艙回彈變寬的案例，提出了通過(guò)優(yōu)化相關(guān)尺寸鏈的零件公差來(lái)消除焊接回彈所產(chǎn)生的尺寸偏差的方法。實(shí)踐數(shù)據(jù)結(jié)果表明，焊接回彈現(xiàn)象消除，安裝點(diǎn)數(shù)據(jù)恢復(fù)到理論值。方法對(duì)測(cè)量設(shè)備資源需求較低，快捷高效，對(duì)汽車企業(yè)快速分析白車身尺寸偏差質(zhì)量問(wèn)題、縮短問(wèn)題解決周期有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]施成攀.汽車白車身拼焊尺寸偏差分析與研究.合肥工業(yè)大學(xué).

[2]李揚(yáng).基于焊接回彈的車身公差分配優(yōu)化.山東理工大學(xué).

[3]林巨廣.白車身薄板件焊接裝配誤差的研究.汽車技術(shù).

[4]劉紹力.基于直線尺寸鏈幾何公差工藝尺寸鏈的求解.設(shè)備管理與維修.