白車(chē)身軟模試制質(zhì)量控制要點(diǎn)
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摘要：文章從白車(chē)身軟模試制的各個(gè)開(kāi)發(fā)階段出發(fā)，結(jié)合試制車(chē)質(zhì)量評(píng)價(jià)要素和影響因素，從五個(gè)方面分析了影響白車(chē)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(chē)身試制質(zhì)量的提升。
關(guān)鍵字：白車(chē)身試制；質(zhì)量控制；精度提升
前言
白車(chē)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(jiǎn)易模具、工裝加工白車(chē)身零件、總成的一系列活動(dòng)，目的是進(jìn)行車(chē)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(chē)[1]。車(chē)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(chē)包括耐久、碰撞、標(biāo)定等各種試驗(yàn)用車(chē)。白車(chē)身試制是樣車(chē)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)部分，是連結(jié)汽車(chē)設(shè)計(jì)和性能驗(yàn)證階段的重要環(huán)節(jié)，對(duì)白車(chē)身試制進(jìn)行質(zhì)量控制對(duì)整車(chē)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)有著非常重要的意義。
1白車(chē)身質(zhì)量構(gòu)成及影響因素
對(duì)于試制的白車(chē)身而言，其質(zhì)量評(píng)價(jià)構(gòu)成包含設(shè)計(jì)制造一致性、車(chē)身尺寸精度、外觀質(zhì)量等幾個(gè)方面，具體分項(xiàng)見(jiàn)圖1。白車(chē)身質(zhì)量的影響因素眾多，比如工藝設(shè)計(jì)、尺寸工程、零件質(zhì)量、夾具精度及匹配焊接過(guò)程等等。1）工藝設(shè)計(jì)要在滿(mǎn)足功能的情況下，盡量降低生產(chǎn)要求，縮短開(kāi)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(guò)尺寸鏈分析得出影響質(zhì)量目標(biāo)的關(guān)鍵因子，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵因子的重點(diǎn)控制來(lái)達(dá)到預(yù)期整體質(zhì)量目標(biāo)。另外尺寸工程通過(guò)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(cè)量計(jì)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(chē)身是由300-400個(gè)沖壓件通過(guò)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(chē)身尺寸精度。作為沖壓件需滿(mǎn)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(mǎn)足剛度要求。4）焊接夾具的精度是白車(chē)身焊接精度的基石。夾具的定位、夾緊元件設(shè)計(jì)合理性和可靠性是白車(chē)身焊接精度的重要影響因素。同時(shí)，焊接層級(jí)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(chē)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(chē)身制作的目的以及各階段特點(diǎn)，在樣車(chē)制造階段白車(chē)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(jì)階段優(yōu)化；（2）沖壓件質(zhì)量控制；（3）焊接過(guò)程質(zhì)量控制；（4）數(shù)據(jù)分析，精度提升；（5）運(yùn)輸移動(dòng)質(zhì)量穩(wěn)定保障。
2.1設(shè)計(jì)階段優(yōu)化
在前期工程設(shè)計(jì)階段，會(huì)對(duì)白車(chē)身數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的同步工程分析，檢查白車(chē)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(duì)此類(lèi)工藝問(wèn)題進(jìn)行分析，優(yōu)化產(chǎn)品，避免一些設(shè)計(jì)問(wèn)題對(duì)白車(chē)身質(zhì)量及精度帶來(lái)影響。在工藝方案設(shè)計(jì)階段，會(huì)對(duì)試制零件進(jìn)行沖壓及焊接分序設(shè)計(jì)，一般的，乘用車(chē)軟模白車(chē)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(jì)，焊接夾具如何設(shè)計(jì)，直接決定著單件及總成的質(zhì)量好壞。具體設(shè)計(jì)優(yōu)化步驟如下：1）單件工藝設(shè)計(jì)規(guī)劃，重點(diǎn)關(guān)注高強(qiáng)鋼回彈問(wèn)題，是否需要考慮預(yù)備鈑修胎膜；2）焊接工藝設(shè)計(jì)，重點(diǎn)關(guān)注上件順序、打點(diǎn)順序的設(shè)計(jì)，焊槍通過(guò)性、多層板焊接參數(shù)問(wèn)題；3）檢具、功能檢具、測(cè)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(mǎn)足功能需求為最基本目標(biāo)；4）關(guān)鍵尺寸的識(shí)別，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)將白車(chē)身關(guān)鍵尺寸從整車(chē)尺寸關(guān)系中挑選出來(lái)，對(duì)關(guān)鍵尺寸進(jìn)行重點(diǎn)把控，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)與計(jì)算獲得關(guān)鍵尺寸專(zhuān)門(mén)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(chē)身試制階段沖壓件質(zhì)量是影響白車(chē)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(mǎn)足設(shè)計(jì)和功能需求的白車(chē)身。對(duì)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(cè)鈑修等幾個(gè)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(cè)零件以及用來(lái)替代鈑修胎膜。外板件和梁類(lèi)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(wú)論現(xiàn)場(chǎng)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(cè)檢驗(yàn)，包括抽取首批件進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè)，根據(jù)測(cè)量報(bào)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(gè)白車(chē)身試制質(zhì)量的源頭，需結(jié)合后工序需求來(lái)考慮。根據(jù)白車(chē)身試制功能尺寸要求，結(jié)合測(cè)量點(diǎn)文件，整理出重點(diǎn)零件及其關(guān)鍵元素，比如哪個(gè)零件在功能尺寸控制中比較關(guān)鍵，零件的哪個(gè)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(lái)有針對(duì)性的重點(diǎn)管控對(duì)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(guò)程質(zhì)量控制
焊接過(guò)程的質(zhì)量控制分為焊接夾具和焊接過(guò)程操作兩個(gè)方面。焊接夾具極大程度上直接決定了車(chē)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(jì)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(jì)過(guò)程中，夾具定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分重要，應(yīng)依據(jù)RPS原則，夾具的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)應(yīng)繼承車(chē)身的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)[3]。定位銷(xiāo)、主定位面應(yīng)逐級(jí)繼承，不應(yīng)在高一級(jí)的分總成夾具上設(shè)計(jì)第一級(jí)沒(méi)有用過(guò)的定位銷(xiāo)、主定位面，保證繼承性，可減少誤差累積。2）以?shī)A帶檢設(shè)計(jì)。即在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，在夾具上融入檢測(cè)部件。通過(guò)對(duì)總成精度進(jìn)行分析，識(shí)別出對(duì)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(cè)部件（隨型塊、劃線銷(xiāo)等），既可以用來(lái)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(lái)，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(cè)塊設(shè)計(jì)。焊接過(guò)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(duì)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?chē)暮更c(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(lái)。通過(guò)每工序點(diǎn)檢、結(jié)合半破壞試驗(yàn)、超聲波焊點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備，保證不存在虛焊、漏焊、變形、壓痕過(guò)深、焊點(diǎn)開(kāi)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(jì)優(yōu)化、單件控制、焊接過(guò)程控制等問(wèn)題以后，如圖4，將會(huì)通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量監(jiān)控白車(chē)身總成的精度情況。前3臺(tái)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(huì)以10臺(tái)左右為間隔持續(xù)進(jìn)行白車(chē)身總成的三坐標(biāo)檢測(cè)，一方面是為了分析合格率數(shù)據(jù)明確問(wèn)題及提升方向；另一方面也是為了根據(jù)數(shù)據(jù)波動(dòng)規(guī)律對(duì)焊裝夾具進(jìn)行重復(fù)裝調(diào)。如圖是某車(chē)型整個(gè)試制過(guò)程測(cè)量數(shù)據(jù)，在前3臺(tái)份批次生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)其進(jìn)行過(guò)程全檢，從單件→分總成→大總成→白車(chē)身總成，再根據(jù)白車(chē)身總成測(cè)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(kāi)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(jí)控制，進(jìn)而提高車(chē)身質(zhì)量。
2.5運(yùn)輸移動(dòng)質(zhì)量穩(wěn)定保障
記錄了150臺(tái)份試制白車(chē)身各分總成在運(yùn)輸移動(dòng)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題，因運(yùn)輸移動(dòng)發(fā)生問(wèn)題臺(tái)份共15臺(tái)，問(wèn)題點(diǎn)數(shù)量為25項(xiàng)，問(wèn)題種類(lèi)及占比如下圖5，占比最多的為零件變形問(wèn)題，應(yīng)在運(yùn)輸及轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)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(jiàn)表1。
3總結(jié)
汽車(chē)的白車(chē)身試制過(guò)程是一個(gè)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(lái)，僅有短短的三個(gè)月左右時(shí)間，所以從數(shù)據(jù)優(yōu)化到工裝設(shè)計(jì)，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(gè)環(huán)節(jié)都不能夠缺失。通過(guò)以上幾個(gè)要點(diǎn)的控制方法可以較好的控制白車(chē)身質(zhì)量，確保試制白車(chē)身滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，更好的服務(wù)于樣車(chē)試驗(yàn)。
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作者：李夢(mèng)瑤 李釗文 謝國(guó)文 楊臣 單位：廣州汽車(chē)集團(tuán)有限公司汽車(chē)工程研究院