白車身軟模試制質量控制要點
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摘要：文章從白車身軟模試制的各個開發階段出發，結合試制車質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量的要點，并制定提升質量和精度控制的措施和方法，實現白車身試制質量的提升。
關鍵字：白車身試制；質量控制；精度提升
前言
白車身軟模試制通常指小批量、短周期試制，是指在正式投產量產前，使用簡易模具、工裝加工白車身零件、總成的一系列活動，目的是進行車身結構工藝驗證、為產品性能驗證提供試驗樣車[1]。車身結構工藝驗證主要是驗證產品的造型和結構是否達到預期效果，驗證產品工藝可行性[2]。試驗樣車包括耐久、碰撞、標定等各種試驗用車。白車身試制是樣車開發的基礎部分，是連結汽車設計和性能驗證階段的重要環節，對白車身試制進行質量控制對整車項目開發有著非常重要的意義。
1白車身質量構成及影響因素
對于試制的白車身而言，其質量評價構成包含設計制造一致性、車身尺寸精度、外觀質量等幾個方面，具體分項見圖1。白車身質量的影響因素眾多，比如工藝設計、尺寸工程、零件質量、夾具精度及匹配焊接過程等等。1）工藝設計要在滿足功能的情況下，盡量降低生產要求，縮短開發周期，降低工裝成本，保證產品質量。2）尺寸工程首先要定義好產品的質量目標，通過尺寸鏈分析得出影響質量目標的關鍵因子，通過對關鍵因子的重點控制來達到預期整體質量目標。另外尺寸工程通過前期GD&T圖紙的規范，保證模具、檢具、夾具的基準保持一致，避免由于基準轉換導致產品精度丟失。數據方面，尺寸工程提供了標準的數據測量計劃，保證后期數據采集的規范性和可追塑性，為后期數據分析和改進提供可靠依據。3）白車身是由300-400個沖壓件通過焊接或其他連結方式組合而成，因此沖壓件的單件質量直接影響白車身尺寸精度。作為沖壓件需滿足幾點要求：需具備較高的尺寸精度，要有準確的形狀精度，要有較高的表面質量，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、打點順序、焊接變形量，也影響著最后的焊接精度。
2白車身質量控制要點
根據上節描述的質量影響因素，結合白車身制作的目的以及各階段特點，在樣車制造階段白車身總成質量控制方式是多方面的，歸納為如下幾項：（1）設計階段優化；（2）沖壓件質量控制；（3）焊接過程質量控制；（4）數據分析，精度提升；（5）運輸移動質量穩定保障。
2.1設計階段優化
在前期工程設計階段，會對白車身數據進行全面的同步工程分析，檢查白車身鈑金零件的成形性、板件搭接關系，公差傳遞關系、圓角匹配關系等，對此類工藝問題進行分析，優化產品，避免一些設計問題對白車身質量及精度帶來影響。在工藝方案設計階段，會對試制零件進行沖壓及焊接分序設計，一般的，乘用車軟模白車身零件的模具套數一般為量產的1/3，焊接工序數一般為量產工序數的1/4。因此，模具工序如何設計，焊接夾具如何設計，直接決定著單件及總成的質量好壞。具體設計優化步驟如下：1）單件工藝設計規劃，重點關注高強鋼回彈問題，是否需要考慮預備鈑修胎膜；2）焊接工藝設計，重點關注上件順序、打點順序的設計，焊槍通過性、多層板焊接參數問題；3）檢具、功能檢具、測量支架的規劃，以質量及精度控制貢獻度為最高目標，以滿足功能需求為最基本目標；4）關鍵尺寸的識別，通過經驗將白車身關鍵尺寸從整車尺寸關系中挑選出來，對關鍵尺寸進行重點把控，通過經驗與計算獲得關鍵尺寸專門的公差要求，指導試制生產，保證實物匹配要求。
2.2沖壓件質量控制
白車身試制階段沖壓件質量是影響白車身整體質量的最重要因素之一，沖壓件如果出現不合格，就不可能試制出滿足設計和功能需求的白車身。對沖壓件質量進行控制主要從工藝規劃、生產階段、檢測鈑修等幾個階段入手。質量控制目標是保證零件型面、切邊、孔的大小和位置度、外觀件光影等與產品數模的符合度。工藝規劃需要考慮如何用最少的工序得到質量最穩定的產品，并且模具應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。外板件和梁類高強鋼零件需考慮A面補償以及回彈補償，使用CAE成形分析軟件進行仿真分析，并指導生產。生產階段由于模具條件有限，需用到各種調試手段進行試生產，但最重要的原則就是，無論現場各參數是否一一匹配，但最終成形到位后材料的流入情況盡量與CAE分析流入狀態保持一致，該指標能保證CAE的指導地位，使仿真工藝方案可靠。所有沖壓件制作完成后，都需要進行檢測檢驗，包括抽取首批件進行三坐標檢測，根據測量報告進行模具整改，后批次沖壓件，利用檢具或者以模代檢方式檢查產品的正確性。沖壓件的質量控制是整個白車身試制質量的源頭，需結合后工序需求來考慮。根據白車身試制功能尺寸要求，結合測量點文件，整理出重點零件及其關鍵元素，比如哪個零件在功能尺寸控制中比較關鍵，零件的哪個部位需要重點管控到位，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焊接過程質量控制
焊接過程的質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最大的區別是一套試制夾具可能需要完成幾套量產夾具的工作內容，因此試制夾具的設計和制造需要額外注意以下要點：1）夾具的上下序RPS點需統一。在夾具的設計過程中，夾具定位系統的設計十分重要，應依據RPS原則，夾具的設計基準應繼承車身的設計基準[3]。定位銷、主定位面應逐級繼承，不應在高一級的分總成夾具上設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）以夾帶檢設計。即在夾具設計時，在夾具上融入檢測部件。通過對總成精度進行分析，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系反映出來，為前期匹配調試、鈑金修整、后期穩定性監控，都提供了有效的便利，如圖3是側圍總成夾具的檢測塊設計。焊接過程操作的質量控制主要體現在正確的焊接參數、焊接順序、員工技能、標準化操作的培訓，工序前后點檢等方面。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，從中間往兩側點焊焊接變形量最小，從一側到另一側焊接變形量最大；優先焊接功能面和功能孔周圍的焊點[4]。根據經驗積累不斷優化焊接操作卡，將關鍵尺寸區域的焊接順序固化下來。通過每工序點檢、結合半破壞試驗、超聲波焊點檢測設備，保證不存在虛焊、漏焊、變形、壓痕過深、焊點開裂、焊點偏離等焊接缺陷。
2.4質量分析、精度提升
在解決以上設計優化、單件控制、焊接過程控制等問題以后，如圖4，將會通過三坐標測量監控白車身總成的精度情況。前3臺份作為匹配調試初期，精度水平較低，以此為基礎做精度提升整改，后續一般會以10臺左右為間隔持續進行白車身總成的三坐標檢測，一方面是為了分析合格率數據明確問題及提升方向；另一方面也是為了根據數據波動規律對焊裝夾具進行重復裝調。如圖是某車型整個試制過程測量數據，在前3臺份批次生產過程中，對其進行過程全檢，從單件→分總成→大總成→白車身總成，再根據白車身總成測量數據進行數據分析，低于80%的元素進行剖析，從源頭開始關注影響尺寸精度的型面及關鍵孔位，在沖壓零件上進行整改，在夾具上進行匹配調整，逐級控制，進而提高車身質量。
2.5運輸移動質量穩定保障
記錄了150臺份試制白車身各分總成在運輸移動過程中的質量問題，因運輸移動發生問題臺份共15臺，問題點數量為25項，問題種類及占比如下圖5，占比最多的為零件變形問題，應在運輸及轉運過程注重料架使用，注意不同零件疊放姿態，緩沖物放置等。其他質量保障方案詳見表1。
3總結
汽車的白車身試制過程是一個多方位考慮的系統性工程，涉及到較多的領域，影響其質量的因素又是多方面的，從數據凍結到最終產品生產出來，僅有短短的三個月左右時間，所以從數據優化到工裝設計，質量控制方案策劃，再到實際生產控制及質量提升，每一個環節都不能夠缺失。通過以上幾個要點的控制方法可以較好的控制白車身質量，確保試制白車身滿足產品設計要求，更好的服務于樣車試驗。
參考文獻
[1]尹萍.淺談白車身試制TRYOUT過程[J].中國設備工程,2017(06)上:112-113.
[2]成起,石碧亮.白車身試制技術淺談[J].汽車工藝與材料,2014(08):23-29.
[3]尹亞雷,張東強,胡崇興,董茂.RPS系統在白車身定位中的應用[J].汽車工藝與材料,2015(07):18-22.
[4]李子旭,劉東平.白車身試制過程中的焊接質量控制分析[J].科技創新與應用,2018(25):115-116.
作者：李夢瑤 李釗文 謝國文 楊臣 單位：廣州汽車集團有限公司汽車工程研究院