白車身焊接順序?qū)Τ叽绱罱佑绊懙难芯?/h1>
2020-07-23 07:01:09何金蓉
時(shí)代汽車 2020年8期
何金蓉
摘 要：針對(duì)翼子板安裝點(diǎn)Y向偏差的問題，介紹了焊接順序?qū)Τ叽绱罱佑绊懙漠a(chǎn)生機(jī)理，提出了在不更改設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的前提下，通過優(yōu)化焊接順序，達(dá)到將搭接結(jié)構(gòu)由對(duì)接形式變?yōu)轭愃拼罱有问降男Ч?，消除尺寸偏差累積。驗(yàn)證結(jié)果表明，翼子板安裝點(diǎn)Y向偏差問題得到有效解決?？蔀槠嚢总嚿泶罱咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊接工藝設(shè)計(jì)提供參考借鑒。
關(guān)鍵詞：焊接順序;搭接形式;翼子板安裝點(diǎn)
1 引言
隨著中國汽車市場的不斷下滑，自2018年以來中國汽車市場已經(jīng)連續(xù)兩年出現(xiàn)負(fù)增長[1]，汽車各企業(yè)之間面臨愈加激烈的競爭，為了在汽車市場競爭中擁有更強(qiáng)的競爭力，各主機(jī)廠對(duì)汽車生產(chǎn)線的高節(jié)拍、高柔性能力要求越來越突出。要達(dá)到縮減生產(chǎn)制造成本，提高生產(chǎn)效率的效果，需要各企業(yè)在工藝規(guī)劃上對(duì)生產(chǎn)線節(jié)拍不斷優(yōu)化提升[2]。而要提高生產(chǎn)節(jié)拍，機(jī)器人自動(dòng)焊接的軌跡優(yōu)化顯得尤為重要。通過選取最佳的機(jī)器人焊接路徑，有利于縮短焊接時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本[3]。然而在實(shí)際生產(chǎn)制造過程中工藝規(guī)劃僅重點(diǎn)對(duì)焊點(diǎn)的布局及焊接效率有較高的要求，常常忽略了焊接順序?qū)附映叽缳|(zhì)量的影響。在實(shí)際生產(chǎn)制造過程中我們發(fā)現(xiàn)，同樣的焊點(diǎn)布局使用不同的焊接順序，白車身焊接后的尺寸結(jié)果有不同的表現(xiàn)。
本文以翼子板安裝點(diǎn)Y向偏差問題為研究載體，通過主機(jī)廠的生產(chǎn)制造實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析焊接順序?qū)Τ叽绱罱拥挠绊?，并提出改善措施，以期為白車身焊接工藝設(shè)計(jì)提供參考借鑒。
2 焊接順序?qū)Τ叽绱罱拥挠绊?/p>
為了保證各零件之間焊接后的整體強(qiáng)度，相鄰零件的搭接部位通常設(shè)計(jì)成是多個(gè)方向的接觸面焊接。以兩個(gè)L型零件搭接為例，板件1在Y方向上出現(xiàn)了焊接偏差，偏離了理論值，板件2通過工裝夾具定位面定位，理論位置如圖1（a）所示，此時(shí)板件2定位符合理論，焊接Z方向焊點(diǎn)后可保證板件2焊接后定位合理;若如圖1（b）所示先焊接Y方向焊點(diǎn)，板件2會(huì)跟隨板件1在Y方向上發(fā)生偏移，此時(shí)再焊接Z方向焊點(diǎn)后定位出現(xiàn)偏差，后續(xù)以板件2為定位基準(zhǔn)的零件會(huì)因此產(chǎn)生偏差的連鎖反應(yīng)。
3 翼子板安裝點(diǎn)偏差機(jī)理分析
鈑金搭接的實(shí)際尺寸除了與鈑金的理論厚度尺寸有關(guān)，還與零件表面的輪廓尺寸有關(guān)，兩零件搭接的實(shí)際厚度通常大于理論狀態(tài)的厚度，再加上焊點(diǎn)焊接時(shí)的變形，實(shí)際厚度再一次出現(xiàn)變化，因此多層鈑金零件搭接時(shí)，總體尺寸一般有變大趨勢[4]。搭接層數(shù)越多，尺寸偏移、焊接變形越多，實(shí)際尺寸變化越明顯。
某車型翼子板安裝點(diǎn)Y向偏差約2.5mm，公差±1.5mm，超出設(shè)計(jì)值，翼子板安裝點(diǎn)出現(xiàn)偏差，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)上同方向搭接層數(shù)過多，導(dǎo)致公差偏移累積過大造成的。圖2為某車型前車體從前大梁到翼子板支架的搭接方式簡圖，前輪罩以大梁為定位基準(zhǔn)，輪罩外板以輪罩為定位基準(zhǔn)，而輪罩外板加強(qiáng)板以及翼子板支架則以輪罩外板為定位基準(zhǔn)。從大梁到翼子板支架共經(jīng)過4層同方向鈑金搭接及焊點(diǎn)焊接，尺寸偏差積累過多，導(dǎo)致翼子板安裝點(diǎn)的精度取決于所有零件的型面精度，而工裝定位在該搭接方式中起到的作用非常有限，安裝點(diǎn)的有效精度無法得到保證。
由于零件、工裝定位、焊接變形等偏差源復(fù)雜多變，具有無數(shù)不確定性，通過完全解決根本偏差源耗時(shí)耗力見效慢，在設(shè)計(jì)上常通過靈活選擇運(yùn)用搭接、對(duì)接、角接的鈑金搭接形式，合理設(shè)計(jì)裝配順序，可以在不增加額外成本的前提下很大程度上消除尺寸偏差[5]。圖3為搭接、對(duì)接、角接接頭形式。
本案例可在設(shè)計(jì)翼子板支架的搭接形式上由對(duì)接形式改為搭接形式，在最后一個(gè)搭接之前的偏差就可被最后一層搭接消除，最終的偏差僅剩翼子板支架的工裝定位偏差。如圖4所示。
4 改善措施及工程驗(yàn)證
4.1 改善措施
為了避免更改設(shè)計(jì)所需要支出的高昂經(jīng)濟(jì)成本，在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，主機(jī)廠通常通過采取改善工藝的措施手段去解決問題。在本案例中，為消除多層搭接的公差偏移累積，可選擇利用輪罩外板與輪罩外板加強(qiáng)板的L型搭接結(jié)構(gòu)，通過改善焊接順序，將對(duì)接形式變?yōu)轭愃拼罱有问降男Ч?。如圖5所示，原工藝焊接順序?yàn)楹更c(diǎn)①→②→③→④，先焊接Y向焊點(diǎn)①、②，Y方向不可調(diào)，工裝定位面失效，改進(jìn)后的焊接順序?yàn)橄群附雍更c(diǎn)，此時(shí)輪罩外板加強(qiáng)板扔緊貼工裝定位面，定位有效，Y方向可根據(jù)工裝定位面進(jìn)行微調(diào)，焊點(diǎn)③、④焊接后，①、②焊點(diǎn)的焊接已經(jīng)無法改變零件Y向尺寸，從而達(dá)到變對(duì)接形式為類似搭接形式的效果。
4.2 工程驗(yàn)證
為了驗(yàn)證方案有效性，通過對(duì)比改進(jìn)前后的CMM測點(diǎn)數(shù)據(jù)是否得到改善。翼子板安裝點(diǎn)CMM數(shù)據(jù)如下圖6所示，改進(jìn)前安裝點(diǎn)Y向偏差約2.0～2.5mm，通過優(yōu)化白車身焊接順序，改進(jìn)后的翼子板安裝點(diǎn)Y向在理論值0±1.0mm范圍內(nèi)，翼子板安裝點(diǎn)Y向偏差問題得到有效解決。
5 結(jié)束語
本文分析了焊接順序?qū)Τ叽绱罱佑绊懙漠a(chǎn)生機(jī)理，并結(jié)合翼子板Y向偏差的工程案例問題，介紹了搭接結(jié)構(gòu)對(duì)尺寸偏差累積的影響，在不更改原搭接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了通過優(yōu)化焊接順序的工藝措施來解決尺寸偏差問題。工程驗(yàn)證結(jié)果表明，白車身焊接順序?qū)Π总嚿沓叽缬兄卮笥绊?，可通過優(yōu)化焊接工藝來改進(jìn)白車身尺寸偏差。
參考文獻(xiàn)：
[1]鄭雪芹.2019年車市回顧及2020年展望.汽車縱橫.
[2]姜賢茂.高節(jié)拍生產(chǎn)條件下轎車車身焊裝主線工藝規(guī)劃研究.上海交通大學(xué).
[3]宋林森，杜紫微， 郭好杰. 汽車白車身機(jī)器人焊接路徑優(yōu)化技術(shù)研究.制造業(yè)自動(dòng)化.
[4]朱立君，王浩，李曉云.白車身寬度尺寸一致性控制方法研究及應(yīng)用.現(xiàn)代制造工程.
[5]陶恩樹，雷雨成.接頭形式及裝配順序?qū)嚿硌b配偏差影響的研究.機(jī)械設(shè)計(jì).
何金蓉
摘 要：針對(duì)翼子板安裝點(diǎn)Y向偏差的問題，介紹了焊接順序?qū)Τ叽绱罱佑绊懙漠a(chǎn)生機(jī)理，提出了在不更改設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的前提下，通過優(yōu)化焊接順序，達(dá)到將搭接結(jié)構(gòu)由對(duì)接形式變?yōu)轭愃拼罱有问降男Ч?，消除尺寸偏差累積。驗(yàn)證結(jié)果表明，翼子板安裝點(diǎn)Y向偏差問題得到有效解決?？蔀槠嚢总嚿泶罱咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊接工藝設(shè)計(jì)提供參考借鑒。
關(guān)鍵詞：焊接順序;搭接形式;翼子板安裝點(diǎn)
1 引言
隨著中國汽車市場的不斷下滑，自2018年以來中國汽車市場已經(jīng)連續(xù)兩年出現(xiàn)負(fù)增長[1]，汽車各企業(yè)之間面臨愈加激烈的競爭，為了在汽車市場競爭中擁有更強(qiáng)的競爭力，各主機(jī)廠對(duì)汽車生產(chǎn)線的高節(jié)拍、高柔性能力要求越來越突出。要達(dá)到縮減生產(chǎn)制造成本，提高生產(chǎn)效率的效果，需要各企業(yè)在工藝規(guī)劃上對(duì)生產(chǎn)線節(jié)拍不斷優(yōu)化提升[2]。而要提高生產(chǎn)節(jié)拍，機(jī)器人自動(dòng)焊接的軌跡優(yōu)化顯得尤為重要。通過選取最佳的機(jī)器人焊接路徑，有利于縮短焊接時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本[3]。然而在實(shí)際生產(chǎn)制造過程中工藝規(guī)劃僅重點(diǎn)對(duì)焊點(diǎn)的布局及焊接效率有較高的要求，常常忽略了焊接順序?qū)附映叽缳|(zhì)量的影響。在實(shí)際生產(chǎn)制造過程中我們發(fā)現(xiàn)，同樣的焊點(diǎn)布局使用不同的焊接順序，白車身焊接后的尺寸結(jié)果有不同的表現(xiàn)。
本文以翼子板安裝點(diǎn)Y向偏差問題為研究載體，通過主機(jī)廠的生產(chǎn)制造實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析焊接順序?qū)Τ叽绱罱拥挠绊?，并提出改善措施，以期為白車身焊接工藝設(shè)計(jì)提供參考借鑒。
2 焊接順序?qū)Τ叽绱罱拥挠绊?/p>
為了保證各零件之間焊接后的整體強(qiáng)度，相鄰零件的搭接部位通常設(shè)計(jì)成是多個(gè)方向的接觸面焊接。以兩個(gè)L型零件搭接為例，板件1在Y方向上出現(xiàn)了焊接偏差，偏離了理論值，板件2通過工裝夾具定位面定位，理論位置如圖1（a）所示，此時(shí)板件2定位符合理論，焊接Z方向焊點(diǎn)后可保證板件2焊接后定位合理;若如圖1（b）所示先焊接Y方向焊點(diǎn)，板件2會(huì)跟隨板件1在Y方向上發(fā)生偏移，此時(shí)再焊接Z方向焊點(diǎn)后定位出現(xiàn)偏差，后續(xù)以板件2為定位基準(zhǔn)的零件會(huì)因此產(chǎn)生偏差的連鎖反應(yīng)。
3 翼子板安裝點(diǎn)偏差機(jī)理分析
鈑金搭接的實(shí)際尺寸除了與鈑金的理論厚度尺寸有關(guān)，還與零件表面的輪廓尺寸有關(guān)，兩零件搭接的實(shí)際厚度通常大于理論狀態(tài)的厚度，再加上焊點(diǎn)焊接時(shí)的變形，實(shí)際厚度再一次出現(xiàn)變化，因此多層鈑金零件搭接時(shí)，總體尺寸一般有變大趨勢[4]。搭接層數(shù)越多，尺寸偏移、焊接變形越多，實(shí)際尺寸變化越明顯。
某車型翼子板安裝點(diǎn)Y向偏差約2.5mm，公差±1.5mm，超出設(shè)計(jì)值，翼子板安裝點(diǎn)出現(xiàn)偏差，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)上同方向搭接層數(shù)過多，導(dǎo)致公差偏移累積過大造成的。圖2為某車型前車體從前大梁到翼子板支架的搭接方式簡圖，前輪罩以大梁為定位基準(zhǔn)，輪罩外板以輪罩為定位基準(zhǔn)，而輪罩外板加強(qiáng)板以及翼子板支架則以輪罩外板為定位基準(zhǔn)。從大梁到翼子板支架共經(jīng)過4層同方向鈑金搭接及焊點(diǎn)焊接，尺寸偏差積累過多，導(dǎo)致翼子板安裝點(diǎn)的精度取決于所有零件的型面精度，而工裝定位在該搭接方式中起到的作用非常有限，安裝點(diǎn)的有效精度無法得到保證。
由于零件、工裝定位、焊接變形等偏差源復(fù)雜多變，具有無數(shù)不確定性，通過完全解決根本偏差源耗時(shí)耗力見效慢，在設(shè)計(jì)上常通過靈活選擇運(yùn)用搭接、對(duì)接、角接的鈑金搭接形式，合理設(shè)計(jì)裝配順序，可以在不增加額外成本的前提下很大程度上消除尺寸偏差[5]。圖3為搭接、對(duì)接、角接接頭形式。
本案例可在設(shè)計(jì)翼子板支架的搭接形式上由對(duì)接形式改為搭接形式，在最后一個(gè)搭接之前的偏差就可被最后一層搭接消除，最終的偏差僅剩翼子板支架的工裝定位偏差。如圖4所示。
4 改善措施及工程驗(yàn)證
4.1 改善措施
為了避免更改設(shè)計(jì)所需要支出的高昂經(jīng)濟(jì)成本，在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，主機(jī)廠通常通過采取改善工藝的措施手段去解決問題。在本案例中，為消除多層搭接的公差偏移累積，可選擇利用輪罩外板與輪罩外板加強(qiáng)板的L型搭接結(jié)構(gòu)，通過改善焊接順序，將對(duì)接形式變?yōu)轭愃拼罱有问降男Ч?。如圖5所示，原工藝焊接順序?yàn)楹更c(diǎn)①→②→③→④，先焊接Y向焊點(diǎn)①、②，Y方向不可調(diào)，工裝定位面失效，改進(jìn)后的焊接順序?yàn)橄群附雍更c(diǎn)，此時(shí)輪罩外板加強(qiáng)板扔緊貼工裝定位面，定位有效，Y方向可根據(jù)工裝定位面進(jìn)行微調(diào)，焊點(diǎn)③、④焊接后，①、②焊點(diǎn)的焊接已經(jīng)無法改變零件Y向尺寸，從而達(dá)到變對(duì)接形式為類似搭接形式的效果。
4.2 工程驗(yàn)證
為了驗(yàn)證方案有效性，通過對(duì)比改進(jìn)前后的CMM測點(diǎn)數(shù)據(jù)是否得到改善。翼子板安裝點(diǎn)CMM數(shù)據(jù)如下圖6所示，改進(jìn)前安裝點(diǎn)Y向偏差約2.0～2.5mm，通過優(yōu)化白車身焊接順序，改進(jìn)后的翼子板安裝點(diǎn)Y向在理論值0±1.0mm范圍內(nèi)，翼子板安裝點(diǎn)Y向偏差問題得到有效解決。
5 結(jié)束語
本文分析了焊接順序?qū)Τ叽绱罱佑绊懙漠a(chǎn)生機(jī)理，并結(jié)合翼子板Y向偏差的工程案例問題，介紹了搭接結(jié)構(gòu)對(duì)尺寸偏差累積的影響，在不更改原搭接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了通過優(yōu)化焊接順序的工藝措施來解決尺寸偏差問題。工程驗(yàn)證結(jié)果表明，白車身焊接順序?qū)Π总嚿沓叽缬兄卮笥绊?，可通過優(yōu)化焊接工藝來改進(jìn)白車身尺寸偏差。
參考文獻(xiàn)：
[1]鄭雪芹.2019年車市回顧及2020年展望.汽車縱橫.
[2]姜賢茂.高節(jié)拍生產(chǎn)條件下轎車車身焊裝主線工藝規(guī)劃研究.上海交通大學(xué).
[3]宋林森，杜紫微， 郭好杰. 汽車白車身機(jī)器人焊接路徑優(yōu)化技術(shù)研究.制造業(yè)自動(dòng)化.
[4]朱立君，王浩，李曉云.白車身寬度尺寸一致性控制方法研究及應(yīng)用.現(xiàn)代制造工程.
[5]陶恩樹，雷雨成.接頭形式及裝配順序?qū)嚿硌b配偏差影響的研究.機(jī)械設(shè)計(jì).
