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白車身尺寸精度控制

2016-4-14

      白車身的制造質量水平主要包含尺寸精度、焊接質量和外觀質量等幾個方面,其中,白車身尺寸精度是保證整車零部件裝配精度的基礎。白車身的制造是由數百個具有復雜空間曲面的薄板沖壓零件通過由數十個工位組成的生產線,其特點是大批量、快節奏,零件裝配的定位、夾緊點在1000個以上,焊點多達4000~5000個。白車身的制造過程復雜,影響因素眾多,整車的制造尺寸精度取決于各方面因素的綜合作用。

影響因素

車身裝配關系樹層層拓撲的復雜結構決定了誤差產生的多因素性和來源的多樣性。就制造過程而言,主要包含零件狀態、工裝夾具、操作過程以及測量過程等幾個方面。

1.工裝夾具

      工裝夾具是車身各零件定位和裝配的載體。車身主要由薄板沖壓件組成,“321”定位原理在車身焊接夾具設計中已不適用,其第一基面上的定位點數目應大于3。定位效果不僅取決于定位點的數目,還取決于定位點的布置形式。

      工裝夾具的保證能力是有效控制車身尺寸穩定性的關鍵。在車身制造過程中,工裝夾具的材料性能、結構設計以及夾具與零件的匹配情況等,都將影響到工裝夾具長期使用的尺寸精度保證能力。在車身生產過程中,基于沖壓件尺寸相對于設計尺寸的偏差,會導致工裝夾具與零件間產生不同程度的應力集中,長期作用將導致夾具變形和失效,保證能力降低。我們應對工裝夾具進行持續狀態監控、潛在失效源排除,及時對故障工裝夾具進行維護,消除其失效造成的尺寸偏差。

2.零件偏差

      零件偏差主要出現在沖壓階段,沖壓件尺寸偏差造成車身裝焊時處于非自然狀態,是造成尺寸偏差的另一個原因。多數情況下,由于零件之間匹配不良,雖然在夾具較大的壓緊力作用下強行匹配并點焊在一起,但由于產生了較大的強制變形,增加了車身尺寸的不確定性,產生了尺寸偏差。

      零件變形是引起尺寸偏差的又一因素,主要問題出現在零件的包裝和運輸過程。部分變形情況無法目測識別,即使修復后也無法完全恢復至設計尺寸,造成車身尺寸偏差,應結合零件的特點合理設計包裝形式和運輸方式,消除此類零件偏差。


3.操作過程

      裝焊過程因素是白車身尺寸偏差的主要影響因素,主要包括零件裝配、夾具開合以及焊接過程等幾方面的順序和手法(非自動化生產線)。在非自動化制造中,操作過程標準化是控制過程偏差的有效手段,實施標準化操作后,人工操作的不一致、不穩定和不確定性降至最低。

      在車身焊接過程中,合理設計/優化操作順序對車身尺寸精度控制是必要的,操作順序設計不當會引起零件尺寸偏差和變形。在L車型投產初期,車身頂蓋前、后橫梁的Z向尺寸波動較大。分析發現,頂蓋橫梁的內外板匹配面共有64個焊點,焊接順序顯著影響橫梁區域尺寸精度,進而對側圍定位造成影響。對焊接順序進行優化,尺寸偏差和穩定性得到了有效改善。

      在非自動化生產線的制造過程中,操作人員的操作手法也會對車身尺寸產生影響。如焊鉗電極臂與被焊零件施焊面間角度不垂直,易引起焊點扭曲和焊接變形;焊鉗電極臂因角度不當而接觸到臨近位置的零件邊緣,易引起焊接分流和零件變形。在M車型車身尺寸監控中曾發現,行李箱開口兩側翻邊區域Z向定位波動較大。分析表明,焊接過程中焊鉗電極臂與零件干涉,導致該區域變形。對電極臂形狀進行改進后,定位穩定性得到改善。在工藝規劃和優化過程中,應充分考慮焊接設備的可操作性,將人為操作對車身尺寸精度的影響降至最低。


4.測量過程

      測量過程對尺寸精度的影響是獨立于其他幾種基本因素綜合作用的加工過程的。車身尺寸偏差情況需要通過測量過程得到驗證,正確的測量是尺寸精度改進的第一步。對于車身尺寸相關檢測,在測量系統使用前和使用過程中必要時,需要進行測量系統分析(MSA)和改進(如需要),以確保測量數據的準確性。

      在白車身生產體系中,依據測量精度、應用位置和操作便捷性等方面需求的差異,應用了三坐標測量機、測量尺規和專用檢具等測量方法。三坐標測量機是現代汽車制造中普遍使用的車身尺寸測量機構,測量精度較高并且可編程控制,適用于對整車車身、分總成和零件依據測量程序的測量。針對外覆蓋件的關鍵開口區域,使用專用檢具進行檢測。檢具是根據外覆蓋件的理論尺寸精密加工而成,可隨時裝配到車身上對尺寸偏差進行檢測,獲得第一手信息。針對車身上部分關鍵區域的間隙使用專用測量尺規進行測量,此類尺規為定制的非標工具,操作簡單、高效。

控制方法

1.基于測量的尺寸精度控制

     從本質上看,提高制造過程的基礎是工序控制。首先,要對制造過程進行尺寸數據的檢測采樣。因為尺寸數據的跟蹤是實現整車裝配過程監控的基礎,檢測方法決定了車身裝配過程監控的精確性和有效性。三坐標測量是檢測白車身零件、分總成和車身骨架的重要手段,憑借其較高的精度和柔性,已成為國內外汽車制造廠的重要檢測設備。

    (1)基準點 在三坐標測量機的機床坐標系下,根據整車設計基準和基準點的實測坐標值建立整車坐標系,圖1所示為M車型車身整車坐標系和基準點;在整車坐標系中,又將車身劃分為不同的功能分區,并在各分區建立分坐標系,由分區基準點構造而成,圖2所示為M車型后地板總成的分區坐標系。

    (2)絕對尺寸 在整車坐標系下,對根據設計要求定義的測量點測量其在整車坐標系下的坐標值偏差,稱為絕對尺寸。絕對尺寸反映了整車尺寸精度與設計值之間的偏差情況,設計值是指車身設計階段輸出的整車尺寸理論數據,而絕對尺寸則反饋了制造過程中輸出的車身產品實際數據。

    (3)功能尺寸 在整車裝配過程中,還需考慮各零件裝配的相對尺寸精度,稱為功能尺寸。功能尺寸是為了檢驗零件、分總成、總成或車身的制造尺寸是否符合產品設計要求,并且保證其下一級裝配精度而規定的尺寸,圖3所示為M車型傳動軸加強梁區域的功能尺寸(E2/E3/E4)。相關的4個加強梁安裝點分布在前地板總成(A1/A4)和下縱梁(A2/A3)上。當檢測點A3/A4偏差值分別為±1.0mm,則功能尺寸偏差為2.0mm,這樣雖然A3/A4的絕對尺寸都在公差內,但由于功能尺寸E4超差,則并不能滿足后續裝配要求。

2.基于裝配的尺寸精度控制

      在一些情況下,制造過程反饋的裝配偏差與三坐標測量結果有所差異。造成此類情況的原因包括設計偏差、沖壓工藝或模具偏差以及零件分裝偏差等。此時,車身尺寸水平應以滿足整車裝配以及功能要求為優先考慮點;在保證整車裝配/功能滿足質量標準的前提下,如果要穩定偏差,應對測量公差標準進行相應的調整。

      在L車型投產初期,總裝裝配線反饋出左右尾燈裝配間隙、平順度不符合質量標準要求的情況,而三坐標測量結果則均滿足公差要求。進一步分析,上述差異產生的原因為:側圍外板沖壓件零件偏差和側圍外板總成KD件焊裝偏差?;詿飼榭?,依據裝配線的實際偏差對尾燈定位點孔位進行了工裝調整,使得尾燈裝配尺寸滿足質量標準,而此時定位點孔位測量值偏差已超出公差要求。在此情況下,實際零件的尺寸水平已與設計標準不符,而尾燈裝配外觀質量合格,故對測量公差要求進行調整。

車身尺寸控制實踐

      車身裝焊生產線的投產過程,主要包括投產前單車或小批量試生產和投產后量產兩個階段。在此過程中,對沖壓件、分總成和車身總成的尺寸精度以及整車的尺寸、裝配精度等逐步深入的分析,綜合考慮各方面因素,對尺寸精度進行持續改進。

      在試制階段,車身尺寸偏差較大,問題集中反饋到試制車身的測量結果上,需要進行逐車測量、逐工序原因分析和停線改進;必要時可對分總成進行逐工序測量,以明確偏差源,此階段應嚴格保證沖壓件質量、夾具質量和制造測量的統一性。改進范疇主要包括零件狀態改進、工裝夾具改造、調整以及操作過程優化等。

      在量產階段,基于過程和測量兩方面反饋對尺寸偏差進行監控。最常出現的尺寸變化是均值變動、不規則跳動和方差變化,或三者的組合。三坐標檢測的主要目的是監控生產狀態的穩定性,檢測頻次由試制階段的逐車檢測改為定頻抽檢。尺寸偏差產生時,應首先判定偏差點類別和分布位置,確定偏差產生的根源。

      此后,采用PDCA流程對尺寸偏差進行閉環控制,即制定改進計劃(Plannning)、執行改進試驗(Do)、檢查改進效果(Check)以及實施改進措施并跟蹤后續反?。ˋction)。在改進過程中,如出現改進方案偏差、無效或錯誤的情況,需要重復執行P、D和C流程,直至改進試驗獲得期望效果,方可實施最終改進措施和跟蹤反?。ˋ)。

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