分體式側(cè)圍尺寸控制方法淺析

趙君洋 楊光照 張清華 劉克祥

（上汽大通汽車有限公司無錫分公司，無錫214121）

1 前言

隨著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，無論作為出行工具或者是物流運(yùn)輸工具，汽車越來越普及。汽車市場(chǎng)環(huán)境的變化，消費(fèi)者對(duì)于汽車的選擇性更大，對(duì)汽車的感知要求，功能性、耐久性要求更高。這些性能的保證離不開高質(zhì)量的車身。在輕型客車這一細(xì)分領(lǐng)域，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。消費(fèi)者對(duì)于產(chǎn)品的性能，外觀質(zhì)量的要求越來越高，這些都需要較高的白車身質(zhì)量支撐。針對(duì)較為復(fù)雜的分體式車身側(cè)圍尺寸如何控制就顯得尤為重要。

2 分體式側(cè)圍

車身側(cè)圍尺寸決定了車輛外觀的感知質(zhì)量，決定了門蓋配合的內(nèi)間隙，從而決定了密封性以及耐久性。大多數(shù)的商用Minibus（輕客）由于車身整體尺寸較大，如采用整體式側(cè)圍，如圖1所示。其整體尺寸偏大，其開發(fā)、制造成本將會(huì)非常高，制造實(shí)現(xiàn)也較困難，故多采用分體式側(cè)圍。

分體式側(cè)圍將側(cè)圍外板分為前、中、后、前上、中上、后上等分塊零件，每個(gè)零件較小，模具的尺寸相對(duì)整體式側(cè)圍小。另外后續(xù)可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行車型不斷的擴(kuò)展，比如白車身的加長或縮短，即可實(shí)現(xiàn)軸距的加長或縮短。也可以采用車頭部分來開發(fā)微卡，綜合車型種類的模具投入成本相對(duì)較低，可以量產(chǎn)不同種車型。

但是分體式側(cè)圍也有不利的一面，一方面采用分體式側(cè)圍會(huì)增加焊接工序，增加焊接線的長度，從而增加了工裝夾具及產(chǎn)線的投入。并且車身表面質(zhì)量及尺寸精度較整體式側(cè)圍難控制，所以會(huì)相應(yīng)的增加表面調(diào)整產(chǎn)線的長度，耗費(fèi)較多的人工去精修表面焊點(diǎn)產(chǎn)生的缺陷及門蓋的配合調(diào)整。分體式側(cè)圍尺寸精度較難控制感知質(zhì)量及功能尺寸。針對(duì)分體式側(cè)圍尺寸控制進(jìn)行基本分析，包括結(jié)構(gòu)策略的選取及工藝控制方案的制定。

從圖2可以看出，此車型的側(cè)圍僅外板可見部分就多達(dá)8個(gè)部分，在不采取尺寸控制策略的前提下，公差會(huì)隨機(jī)累積在某2部分的結(jié)合處，勢(shì)必會(huì)造成側(cè)圍分塊上相關(guān)測(cè)點(diǎn)的較大幅度波動(dòng)，對(duì)于裝配于其上的外飾零件的匹配是較大的障礙。

圖2 分體式側(cè)圍示意

3 分體式側(cè)圍尺寸控制方法

3.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的選取策略

分體式側(cè)圍尺寸控制的關(guān)鍵在于側(cè)圍各部分的拼接方式。不同的拼接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)后期控制方案產(chǎn)生不同的策略。目前行業(yè)內(nèi)大致采用2種拼接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，即對(duì)接結(jié)構(gòu)與搭接結(jié)構(gòu)，如圖3、圖4所示。

圖3 搭接結(jié)構(gòu)

圖4 對(duì)接結(jié)構(gòu)

2種拼接方式的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)接結(jié)構(gòu)在提升表面質(zhì)量方面有著較好優(yōu)勢(shì)，并且現(xiàn)在主流車型均采用了對(duì)接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，本文闡述對(duì)接結(jié)構(gòu)的分體式車身側(cè)圍尺寸控制方法，即針對(duì)采用對(duì)接結(jié)構(gòu)后的分體式側(cè)圍，其上重要測(cè)點(diǎn)的X、Y向尺寸控制方法。

表1 2種拼接結(jié)構(gòu)對(duì)比

3.2 工藝控制方法

白車身的沖壓件多采用厚度約0.8 mm的薄板件，不恰當(dāng)?shù)能嚿砗附庸に嚂?huì)引起焊接總成的尺寸超差，甚至導(dǎo)致總成零件嚴(yán)重變形，側(cè)圍上重要測(cè)點(diǎn)的尺寸會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重超差，影響外飾零件的匹配。

車身焊接工藝控制方法主要包含以下4個(gè)方面的內(nèi)容：焊接工裝的基準(zhǔn)數(shù)量及位置的合理性、固定焊點(diǎn)的數(shù)量、零件的焊接順序以及焊接時(shí)的點(diǎn)焊順序。

3.2.1 分體式側(cè)圍Y向尺寸控制。

分體式側(cè)圍主體為圖2中1、3、5號(hào)零件，其配合為X向?qū)咏Y(jié)構(gòu)，零件間焊接必須有足夠的Y向基準(zhǔn)進(jìn)行支撐，為防止薄板零件的反彈需要增加壓緊機(jī)構(gòu)。但輕客的側(cè)圍比較高，很多區(qū)域焊接工裝無法增加夾緊機(jī)構(gòu)，且夾頭壓住外板容易產(chǎn)生壓頭印，帶來返修工時(shí)浪費(fèi)。有效方案是采用電磁鐵作為Y向基準(zhǔn)，如圖5所示。電磁鐵的基準(zhǔn)面同時(shí)吸附2～3個(gè)零件，且通過調(diào)整磁鐵吸附力的大小可以有效的控制零件與電磁鐵基準(zhǔn)貼合的情況，保持零件之間的相對(duì)位置，控制零件的位置精度。

圖5 側(cè)圍Y向基準(zhǔn)

同時(shí)，還需要進(jìn)行必要的固定工藝焊點(diǎn)增加，外板與加強(qiáng)板焊接的區(qū)域每100～150 mm布置1組定位焊點(diǎn)。增加定位焊點(diǎn)可以控制側(cè)圍Y向尺寸的穩(wěn)定性，減少薄板零件的反彈變形。

對(duì)比分析某型輕客側(cè)圍上測(cè)點(diǎn)組合[T11703LAY、F11707LAY]（左側(cè)）、[T11703RAY、F11707RAY]（右側(cè)）在實(shí)際生產(chǎn)過程中抽測(cè)的測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示。這2組測(cè)點(diǎn)構(gòu)造為Y向測(cè)點(diǎn)，其Y向落差表征相鄰兩片側(cè)圍的面平整度，測(cè)點(diǎn)位置如圖6所示?？梢灾庇^看出增加電磁鐵以及焊點(diǎn)優(yōu)化后對(duì)側(cè)圍整體Y向尺寸的影響。

圖6 測(cè)點(diǎn)T11703L/RAY、F11707L/RAY圖示

表2 改進(jìn)前后的尺寸狀態(tài)對(duì)比 mm

通過上述驗(yàn)證數(shù)據(jù)，可以做出測(cè)點(diǎn)T11703LRAY、F11707LRAY差值的區(qū)間圖，如圖7所示，直觀反映了改進(jìn)前后，2個(gè)測(cè)點(diǎn)的差值大幅度變小，表明增加固定焊點(diǎn)及電磁鐵基準(zhǔn)之后，Y向側(cè)圍單點(diǎn)絕對(duì)位置尺寸改善明顯，Y向的相對(duì)落差顯著縮小，數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍較小。

圖7 測(cè)點(diǎn)T11703LRAY、F11707LRAY差值的區(qū)間圖

3.2.2 分體式側(cè)圍X向尺寸控制

由于分體式側(cè)圍的X向沒有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)吸收零件及焊接的偏差，這會(huì)導(dǎo)致側(cè)圍整體焊接后X向長度不受控制，影響前部及后部的安裝點(diǎn)匹配面，從而影響前后部外飾零件（如翼子板、尾燈）的裝配，進(jìn)而影響整車的感知質(zhì)量。所以在初期的工藝排布設(shè)計(jì)上就需要明確零件的焊接順序，通過合理的零件焊接順序來吸收零件的尺寸偏差和焊接變形產(chǎn)生的尺寸偏差，從而控制側(cè)圍X向尺寸?？尚械暮附禹樞蚍桨溉缦?。

a.首先將后側(cè)圍（圖2序號(hào)5）與D柱（圖2序號(hào)6）分拼焊接形成后側(cè)圍總成，如圖8所示；

圖8 后側(cè)圍總成

b.前門框（圖2序號(hào)1）與上外板（圖2序號(hào)2）進(jìn)行焊接形成前側(cè)圍總成，如圖9所示；

圖9 前側(cè)圍總成

c.前、后側(cè)圍總成與中側(cè)圍外板（圖2序號(hào)3）進(jìn)行焊接，再形成側(cè)圍外板總成，如圖10所示。

圖10 側(cè)圍外板總成

此焊接順序方案的好處是前、后側(cè)圍形成總成后剛性得到增強(qiáng)，不易變形；前部后部的安裝孔、匹配面X向尺寸得到了有效的控制，從而保證了側(cè)圍上關(guān)鍵點(diǎn)的X向尺寸。

同樣的，通過對(duì)比分析某型輕客側(cè)圍上測(cè)點(diǎn)T04701LHB、T05101LHB、T05311LHB，如圖11所示(僅舉例單邊側(cè)圍對(duì)比改進(jìn)零件焊接順序，另外一邊采用此方法同樣有效移門)的實(shí)際生產(chǎn)中測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖11 測(cè)點(diǎn)T04701LHB、T05101LHB、T05311LHB圖示

因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)T04701LHB是側(cè)圍3部分集成的事實(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)，而測(cè)點(diǎn)T05311LHB、T05101LHB（后文簡(jiǎn)寫成T4701、T5311、T5101）分別為后側(cè)圍與中側(cè)圍上的標(biāo)志點(diǎn)，這2個(gè)測(cè)點(diǎn)的X向偏差與測(cè)點(diǎn)T4701的X向偏差的相關(guān)性可以表征側(cè)圍整體X向是否得到控制。相關(guān)性是指2個(gè)變量的關(guān)聯(lián)程度。如果測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示T5311、T5101分別與T4701正相關(guān)，說明X向尺寸是受控的。

如表3所示，分別記錄改進(jìn)焊接順序前后的各10組數(shù)據(jù)，通過分別繪制改進(jìn)前后T5311、T5101與T4701的散點(diǎn)圖，如圖12所示，可以發(fā)現(xiàn)在改進(jìn)焊接順序前，T5311、T5101與T4701呈現(xiàn)較無序狀態(tài)，較為離散。而采用特定順序焊接后，測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)向回歸線靠攏，說明改進(jìn)后T5311、T5101與T4701的相關(guān)性在增強(qiáng)。

圖12 測(cè)點(diǎn)散點(diǎn)圖

表3 改進(jìn)焊接順序前后的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù) mm

計(jì)算改進(jìn)前后測(cè)點(diǎn)T5311、T5101與T4701的相關(guān)性，如表4所示，改進(jìn)后數(shù)據(jù)相關(guān)性分別達(dá)到0.86、0.81，說明兩者之間高度正相關(guān)。

通過上述驗(yàn)證數(shù)據(jù)，反映了采用特定焊接順序之后，側(cè)圍整體X向尺寸得到有效控制，且數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍穩(wěn)定。

4 其它可行路徑

除了以上這些措施以外，拓展性的思路還可將側(cè)圍的周圍件（如圖1中的2號(hào)件、6號(hào)件）用非金屬材料替代。目前已經(jīng)有所謂超級(jí)塑料材料面市，在強(qiáng)度上完全能夠替換鈑金件。簡(jiǎn)而言之就是將這些件做成外飾件，向側(cè)圍上裝配。這2項(xiàng)措施能夠很大程度上降低分體式側(cè)圍的尺寸控制難度，塑料件采用注塑工藝，在尺寸上能夠根據(jù)匹配需求來調(diào)整。此外，這些替代措施可以極大地降低整車重量，實(shí)現(xiàn)白車身的輕量化，更加節(jié)省成本。圖13為某型輕客的非金屬材質(zhì)D柱飾板，其所處位置與前文所述測(cè)點(diǎn)T11703RAY、F11707RAY所在鈑金件類似。

圖13 某車型的非金屬材質(zhì)D柱飾板

5 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于采用對(duì)接式拼接的分體側(cè)圍的尺寸控制方法，通過工裝基準(zhǔn)的增加，通過固定焊點(diǎn)的增加及合理的零件焊接順序可以有效地控制側(cè)圍的尺寸。基于此，在分體式側(cè)圍上使用對(duì)接結(jié)構(gòu)的側(cè)圍既能達(dá)到較好的外觀效果，又能得到較好的尺寸狀態(tài)，從而解決了后續(xù)對(duì)手零件裝配的問題。此外將分體式側(cè)圍的某些部分做成外飾件直接減少側(cè)圍的分體的數(shù)量也是提升分體式側(cè)圍的尺寸質(zhì)量的有效手段。