白車身軟模試制質(zhì)量控制要點(diǎn)
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摘要：文章從白車身軟模試制的各個開發(fā)階段出發(fā)，結(jié)合試制車質(zhì)量評價要素和影響因素，從五個方面分析了影響白車身試制質(zhì)量的要點(diǎn)，并制定提升質(zhì)量和精度控制的措施和方法，實(shí)現(xiàn)白車身試制質(zhì)量的提升。
關(guān)鍵字：白車身試制；質(zhì)量控制；精度提升
前言
白車身軟模試制通常指小批量、短周期試制，是指在正式投產(chǎn)量產(chǎn)前，使用簡易模具、工裝加工白車身零件、總成的一系列活動，目的是進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)工藝驗(yàn)證、為產(chǎn)品性能驗(yàn)證提供試驗(yàn)樣車[1]。車身結(jié)構(gòu)工藝驗(yàn)證主要是驗(yàn)證產(chǎn)品的造型和結(jié)構(gòu)是否達(dá)到預(yù)期效果，驗(yàn)證產(chǎn)品工藝可行性[2]。試驗(yàn)樣車包括耐久、碰撞、標(biāo)定等各種試驗(yàn)用車。白車身試制是樣車開發(fā)的基礎(chǔ)部分，是連結(jié)汽車設(shè)計和性能驗(yàn)證階段的重要環(huán)節(jié)，對白車身試制進(jìn)行質(zhì)量控制對整車項(xiàng)目開發(fā)有著非常重要的意義。
1白車身質(zhì)量構(gòu)成及影響因素
對于試制的白車身而言，其質(zhì)量評價構(gòu)成包含設(shè)計制造一致性、車身尺寸精度、外觀質(zhì)量等幾個方面，具體分項(xiàng)見圖1。白車身質(zhì)量的影響因素眾多，比如工藝設(shè)計、尺寸工程、零件質(zhì)量、夾具精度及匹配焊接過程等等。1）工藝設(shè)計要在滿足功能的情況下，盡量降低生產(chǎn)要求，縮短開發(fā)周期，降低工裝成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量。2）尺寸工程首先要定義好產(chǎn)品的質(zhì)量目標(biāo)，通過尺寸鏈分析得出影響質(zhì)量目標(biāo)的關(guān)鍵因子，通過對關(guān)鍵因子的重點(diǎn)控制來達(dá)到預(yù)期整體質(zhì)量目標(biāo)。另外尺寸工程通過前期GD&T圖紙的規(guī)范，保證模具、檢具、夾具的基準(zhǔn)保持一致，避免由于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致產(chǎn)品精度丟失。數(shù)據(jù)方面，尺寸工程提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)測量計劃，保證后期數(shù)據(jù)采集的規(guī)范性和可追塑性，為后期數(shù)據(jù)分析和改進(jìn)提供可靠依據(jù)。3）白車身是由300-400個沖壓件通過焊接或其他連結(jié)方式組合而成，因此沖壓件的單件質(zhì)量直接影響白車身尺寸精度。作為沖壓件需滿足幾點(diǎn)要求：需具備較高的尺寸精度，要有準(zhǔn)確的形狀精度，要有較高的表面質(zhì)量，有較好的工藝性，覆蓋件需滿足剛度要求。4）焊接夾具的精度是白車身焊接精度的基石。夾具的定位、夾緊元件設(shè)計合理性和可靠性是白車身焊接精度的重要影響因素。同時，焊接層級的工序劃分、上件順序、打點(diǎn)順序、焊接變形量，也影響著最后的焊接精度。
2白車身質(zhì)量控制要點(diǎn)
根據(jù)上節(jié)描述的質(zhì)量影響因素，結(jié)合白車身制作的目的以及各階段特點(diǎn)，在樣車制造階段白車身總成質(zhì)量控制方式是多方面的，歸納為如下幾項(xiàng)：（1）設(shè)計階段優(yōu)化；（2）沖壓件質(zhì)量控制；（3）焊接過程質(zhì)量控制；（4）數(shù)據(jù)分析，精度提升；（5）運(yùn)輸移動質(zhì)量穩(wěn)定保障。
2.1設(shè)計階段優(yōu)化
在前期工程設(shè)計階段，會對白車身數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的同步工程分析，檢查白車身鈑金零件的成形性、板件搭接關(guān)系，公差傳遞關(guān)系、圓角匹配關(guān)系等，對此類工藝問題進(jìn)行分析，優(yōu)化產(chǎn)品，避免一些設(shè)計問題對白車身質(zhì)量及精度帶來影響。在工藝方案設(shè)計階段，會對試制零件進(jìn)行沖壓及焊接分序設(shè)計，一般的，乘用車軟模白車身零件的模具套數(shù)一般為量產(chǎn)的1/3，焊接工序數(shù)一般為量產(chǎn)工序數(shù)的1/4。因此，模具工序如何設(shè)計，焊接夾具如何設(shè)計，直接決定著單件及總成的質(zhì)量好壞。具體設(shè)計優(yōu)化步驟如下：1）單件工藝設(shè)計規(guī)劃，重點(diǎn)關(guān)注高強(qiáng)鋼回彈問題，是否需要考慮預(yù)備鈑修胎膜；2）焊接工藝設(shè)計，重點(diǎn)關(guān)注上件順序、打點(diǎn)順序的設(shè)計，焊槍通過性、多層板焊接參數(shù)問題；3）檢具、功能檢具、測量支架的規(guī)劃，以質(zhì)量及精度控制貢獻(xiàn)度為最高目標(biāo)，以滿足功能需求為最基本目標(biāo)；4）關(guān)鍵尺寸的識別，通過經(jīng)驗(yàn)將白車身關(guān)鍵尺寸從整車尺寸關(guān)系中挑選出來，對關(guān)鍵尺寸進(jìn)行重點(diǎn)把控，通過經(jīng)驗(yàn)與計算獲得關(guān)鍵尺寸專門的公差要求，指導(dǎo)試制生產(chǎn)，保證實(shí)物匹配要求。
2.2沖壓件質(zhì)量控制
白車身試制階段沖壓件質(zhì)量是影響白車身整體質(zhì)量的最重要因素之一，沖壓件如果出現(xiàn)不合格，就不可能試制出滿足設(shè)計和功能需求的白車身。對沖壓件質(zhì)量進(jìn)行控制主要從工藝規(guī)劃、生產(chǎn)階段、檢測鈑修等幾個階段入手。質(zhì)量控制目標(biāo)是保證零件型面、切邊、孔的大小和位置度、外觀件光影等與產(chǎn)品數(shù)模的符合度。工藝規(guī)劃需要考慮如何用最少的工序得到質(zhì)量最穩(wěn)定的產(chǎn)品，并且模具應(yīng)具備一定的檢具功能，以便后期直觀檢測零件以及用來替代鈑修胎膜。外板件和梁類高強(qiáng)鋼零件需考慮A面補(bǔ)償以及回彈補(bǔ)償，使用CAE成形分析軟件進(jìn)行仿真分析，并指導(dǎo)生產(chǎn)。生產(chǎn)階段由于模具條件有限，需用到各種調(diào)試手段進(jìn)行試生產(chǎn)，但最重要的原則就是，無論現(xiàn)場各參數(shù)是否一一匹配，但最終成形到位后材料的流入情況盡量與CAE分析流入狀態(tài)保持一致，該指標(biāo)能保證CAE的指導(dǎo)地位，使仿真工藝方案可靠。所有沖壓件制作完成后，都需要進(jìn)行檢測檢驗(yàn)，包括抽取首批件進(jìn)行三坐標(biāo)檢測，根據(jù)測量報告進(jìn)行模具整改，后批次沖壓件，利用檢具或者以模代檢方式檢查產(chǎn)品的正確性。沖壓件的質(zhì)量控制是整個白車身試制質(zhì)量的源頭，需結(jié)合后工序需求來考慮。根據(jù)白車身試制功能尺寸要求，結(jié)合測量點(diǎn)文件，整理出重點(diǎn)零件及其關(guān)鍵元素，比如哪個零件在功能尺寸控制中比較關(guān)鍵，零件的哪個部位需要重點(diǎn)管控到位，是某位置翻邊，還是型面，還是孔，如圖2。以此來有針對性的重點(diǎn)管控對精度敏感度較高的元素，往往可以起到較好成效。
2.3焊接過程質(zhì)量控制
焊接過程的質(zhì)量控制分為焊接夾具和焊接過程操作兩個方面。焊接夾具極大程度上直接決定了車身質(zhì)量，確保夾具的精度是保證總成精度的重要前提。試制的焊接夾具與量產(chǎn)最大的區(qū)別是一套試制夾具可能需要完成幾套量產(chǎn)夾具的工作內(nèi)容，因此試制夾具的設(shè)計和制造需要額外注意以下要點(diǎn)：1）夾具的上下序RPS點(diǎn)需統(tǒng)一。在夾具的設(shè)計過程中，夾具定位系統(tǒng)的設(shè)計十分重要，應(yīng)依據(jù)RPS原則，夾具的設(shè)計基準(zhǔn)應(yīng)繼承車身的設(shè)計基準(zhǔn)[3]。定位銷、主定位面應(yīng)逐級繼承，不應(yīng)在高一級的分總成夾具上設(shè)計第一級沒有用過的定位銷、主定位面，保證繼承性，可減少誤差累積。2）以夾帶檢設(shè)計。即在夾具設(shè)計時，在夾具上融入檢測部件。通過對總成精度進(jìn)行分析，識別出對尺寸精度要求較高的部位（部分焊接面、定位孔、安裝孔等），在這些部位加入檢具的檢測部件（隨型塊、劃線銷等），既可以用來輔助檢查沖壓件，又可以便于觀察焊接后的變形情況，可以直觀的將鈑金件之間的匹配關(guān)系反映出來，為前期匹配調(diào)試、鈑金修整、后期穩(wěn)定性監(jiān)控，都提供了有效的便利，如圖3是側(cè)圍總成夾具的檢測塊設(shè)計。焊接過程操作的質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在正確的焊接參數(shù)、焊接順序、員工技能、標(biāo)準(zhǔn)化操作的培訓(xùn)，工序前后點(diǎn)檢等方面。其中，焊接順序合理性對焊接變形有較大影響，例如同一平面的焊接面，從中間往兩側(cè)點(diǎn)焊焊接變形量最小，從一側(cè)到另一側(cè)焊接變形量最大；優(yōu)先焊接功能面和功能孔周圍的焊點(diǎn)[4]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累不斷優(yōu)化焊接操作卡，將關(guān)鍵尺寸區(qū)域的焊接順序固化下來。通過每工序點(diǎn)檢、結(jié)合半破壞試驗(yàn)、超聲波焊點(diǎn)檢測設(shè)備，保證不存在虛焊、漏焊、變形、壓痕過深、焊點(diǎn)開裂、焊點(diǎn)偏離等焊接缺陷。
2.4質(zhì)量分析、精度提升
在解決以上設(shè)計優(yōu)化、單件控制、焊接過程控制等問題以后，如圖4，將會通過三坐標(biāo)測量監(jiān)控白車身總成的精度情況。前3臺份作為匹配調(diào)試初期，精度水平較低，以此為基礎(chǔ)做精度提升整改，后續(xù)一般會以10臺左右為間隔持續(xù)進(jìn)行白車身總成的三坐標(biāo)檢測，一方面是為了分析合格率數(shù)據(jù)明確問題及提升方向；另一方面也是為了根據(jù)數(shù)據(jù)波動規(guī)律對焊裝夾具進(jìn)行重復(fù)裝調(diào)。如圖是某車型整個試制過程測量數(shù)據(jù)，在前3臺份批次生產(chǎn)過程中，對其進(jìn)行過程全檢，從單件→分總成→大總成→白車身總成，再根據(jù)白車身總成測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，低于80%的元素進(jìn)行剖析，從源頭開始關(guān)注影響尺寸精度的型面及關(guān)鍵孔位，在沖壓零件上進(jìn)行整改，在夾具上進(jìn)行匹配調(diào)整，逐級控制，進(jìn)而提高車身質(zhì)量。
2.5運(yùn)輸移動質(zhì)量穩(wěn)定保障
記錄了150臺份試制白車身各分總成在運(yùn)輸移動過程中的質(zhì)量問題，因運(yùn)輸移動發(fā)生問題臺份共15臺，問題點(diǎn)數(shù)量為25項(xiàng)，問題種類及占比如下圖5，占比最多的為零件變形問題，應(yīng)在運(yùn)輸及轉(zhuǎn)運(yùn)過程注重料架使用，注意不同零件疊放姿態(tài)，緩沖物放置等。其他質(zhì)量保障方案詳見表1。
3總結(jié)
汽車的白車身試制過程是一個多方位考慮的系統(tǒng)性工程，涉及到較多的領(lǐng)域，影響其質(zhì)量的因素又是多方面的，從數(shù)據(jù)凍結(jié)到最終產(chǎn)品生產(chǎn)出來，僅有短短的三個月左右時間，所以從數(shù)據(jù)優(yōu)化到工裝設(shè)計，質(zhì)量控制方案策劃，再到實(shí)際生產(chǎn)控制及質(zhì)量提升，每一個環(huán)節(jié)都不能夠缺失。通過以上幾個要點(diǎn)的控制方法可以較好的控制白車身質(zhì)量，確保試制白車身滿足產(chǎn)品設(shè)計要求，更好的服務(wù)于樣車試驗(yàn)。
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作者：李夢瑤 李釗文 謝國文 楊臣 單位：廣州汽車集團(tuán)有限公司汽車工程研究院