新能源汽車全鋁車身前端模塊精度提升研究

劉鑫

摘 要 鋁合金是汽車輕量化的首選材料，其綜合性價(jià)比較高，但鋁合金的熱膨脹系數(shù)大，容易產(chǎn)生焊接變形，影響車身焊接精度。本文運(yùn)用魚骨圖分析研究了LITE車輛鋁合金框架式車身前端焊接變形的影響因素，找到了問題要因，制定了針對(duì)性的改善措施，通過更改組件尺寸、工藝路線、增加過程檢具和反變形調(diào)整提升了前端精度，并采用SPC分析法制定了防再發(fā)措施，減少了變形導(dǎo)致的不合格品，降低了返工成本。最終前端常規(guī)尺寸符合率從72%提升至了92%，功能尺寸合格率從73%提升至了93%。

關(guān)鍵詞 輕量化;鋁合金;焊接變形;精度提升

前言

（1）案例背景

隨著人們對(duì)環(huán)保的要求越來越高，新能源汽車已成為大眾購(gòu)車的首選，新能源汽車的市場(chǎng)保有量逐年遞增。但新能源汽車與傳統(tǒng)汽車不同，動(dòng)力電池重量就達(dá)到了數(shù)百公斤，占了整體重量的很大一部分，輕量化成為新能源汽車發(fā)展的迫切要求。輕量化的材料應(yīng)用是汽車實(shí)現(xiàn)輕量化的最基礎(chǔ)手段，在這些材料中，鋁合金材料綜合性價(jià)比要高于鋼、鎂、塑料和復(fù)合材料，無論應(yīng)用技術(shù)還是運(yùn)行安全性及循環(huán)再生利用都具有比較優(yōu)勢(shì)，所以鋁合金在汽車制造生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。但鋁合金的熱膨脹系數(shù)大，為碳鋼的2倍[2]，凝固時(shí)的體積收縮率達(dá)6.5%～6.6%，容易產(chǎn)生焊接變形，影響車身焊接精度。如果工件變形過大，還有可能造成無法矯正而成為廢品[3]。

通過研究LITE車輛鋁合金框架式車身的焊接精度，發(fā)現(xiàn)前端模塊的焊接精度是影響整車精度的關(guān)鍵因素。本研究將分析影響鋁合金車身前端精度的原因，尋求解決方案，提升前端精度。目前車身前端常規(guī)尺寸符合率為72%，功能尺寸合格率為73%。通過研究，將前端常規(guī)和功能尺寸符合率均提升至90%以上。

（2）問題提出及目標(biāo)設(shè)定。項(xiàng)目目標(biāo)：將前端常規(guī)和功能尺寸符合率均提升至90%以上。

1解決方案及改善效果

1.1 問題原因分析

（1）問題現(xiàn)狀。對(duì)初調(diào)階段的車身前端尺寸進(jìn)行CMM測(cè)量，前端總成共246個(gè)測(cè)點(diǎn)，目前66個(gè)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)異常情況，車身常規(guī)尺寸符合率為72%，功能尺寸合格率為73%。

（2）原因分析。由CMM測(cè)點(diǎn)圖發(fā)現(xiàn)車身前端總成X、Y、Z三個(gè)方向精度均有突變，初步分析為前端總成焊接工位主定位發(fā)生異變。經(jīng)過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，前端總成夾具測(cè)量OK，因而為前端總成主定位發(fā)生偏差。經(jīng)過檢具測(cè)量，發(fā)現(xiàn)前端總成中底部骨架偏差較大，存在變形。由此鎖定前端精度不良的要因?yàn)榈撞抗羌芫炔涣肌?/p>

針對(duì)底部骨架的精度不良產(chǎn)生的原因運(yùn)用魚骨圖進(jìn)行分析，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)6個(gè)方面進(jìn)行問題原因分析，如圖2。通過分析，確定①組件之間配合間隙大，導(dǎo)致零件焊接變形收縮量大;②焊縫設(shè)計(jì)過多，導(dǎo)致焊接變形量大;③未采取過程檢具控制;④零件開口設(shè)計(jì)，易產(chǎn)生焊接熱變形這四個(gè)原因?yàn)橐颉?/p>

1.2 改善措施和方案制定

針對(duì)4項(xiàng)要因，制定了改善措施。

（1）更改組件尺寸，縮小配合間隙。

（2）更改工藝路線，將密集的焊縫分散到多個(gè)工位。

（3）增加過程檢具，進(jìn)行100%測(cè)量。

（4）針對(duì)穩(wěn)定變形，進(jìn)行反變形調(diào)整。

1.3 防止再發(fā)措施

（1）通過對(duì)改善后的前端總成偏差數(shù)據(jù)進(jìn)行SPC分析，明確每25組數(shù)據(jù)進(jìn)行SPC分析，防止過程變異。

（2）制定《焊裝檢具管理標(biāo)準(zhǔn)》，明確分總成抽檢頻次，將結(jié)果記錄在《焊裝檢具檢查記錄表》。

2改善效果

（1）經(jīng)過第一個(gè)階段為時(shí)3個(gè)月的設(shè)備調(diào)試及精度提升，對(duì)目前車身前端尺寸進(jìn)行CMM測(cè)量，車身常規(guī)尺寸符合率達(dá)到92%，功能尺寸合格率達(dá)到為93%。

（2）有效減少了不合格品，前端總成報(bào)廢率從0.5%降低到0.1%。

（3）降低返工成本，底部骨架在線返工時(shí)間1小時(shí)/臺(tái)，按照工時(shí)費(fèi)用100元/小時(shí)計(jì)算，降低返工費(fèi)用100元/臺(tái)。

3案例總結(jié)

本研究通過分析影響LITE鋁框架車身前端焊接精度的關(guān)鍵要素，探索焊接變形的解決方法和預(yù)防措施，減少變形導(dǎo)致的不合格品，降低返工成本。

前端焊接變形的主要解決方法如下：

（1）更改組件尺寸，縮小配合間隙。

（2）更改工藝路線，將密集的焊縫分散到多個(gè)工位。

（3）增加過程檢具，進(jìn)行100%測(cè)量。

（4）針對(duì)穩(wěn)定變形對(duì)夾具進(jìn)行反變形調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1] 李有東，楊培杰.鋁合金在汽車上的應(yīng)用及前景分析[J].上海汽車，2000（4）：28-30.

[2] Wang X，Gou G，Zhao J，et al.Land usage and develop-ment in high-speed train stations? and? its? traffic? impact? analysis[J]. Advanced Materials Research，2011（1）：1594-1597.

[3] 鄭義賓，侯彬.淺析H型鋼的焊接變形及其控制和矯正方法[J].金屬加工：熱加工，2012（14）：321-324.