承載式客車(chē)白車(chē)身尺寸控制分析

徐海軍，陳 浩

（柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

我公司自主研發(fā)了一款全新的既能滿(mǎn)足城市公交支線(xiàn)又能在縣際道路條件較好的城鄉(xiāng)接合部、鄉(xiāng)鎮(zhèn)間進(jìn)行客運(yùn)的輕型客車(chē)，該客車(chē)白車(chē)身為承載式框架車(chē)身，底盤(pán)件所有安裝硬點(diǎn)和內(nèi)外飾零件安裝點(diǎn)均集中在白車(chē)身骨架上，對(duì)車(chē)身的精度要求非常高。

1 產(chǎn)品原因分析

1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析

（1）白車(chē)身結(jié)構(gòu)

該車(chē)身采用封閉環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，車(chē)身零件精度要求高；但車(chē)身骨架零件采用汽車(chē)專(zhuān)用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)矩形鋼管輥壓而成，零件尺寸和精度較難達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)，故造成白車(chē)身總成尺寸難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）白車(chē)身焊接

該車(chē)身骨架零件的連接均采用CO2保護(hù)焊焊接，且焊接節(jié)點(diǎn)多（多達(dá)1 500處）,焊縫總長(zhǎng)度長(zhǎng)（長(zhǎng)達(dá)60 000mm），焊縫形式和焊接位置變化多樣，均較難控制焊接變形。

1.2 焊接變形分析

該車(chē)白車(chē)身總成主要由車(chē)架骨架總成、前風(fēng)窗骨架總成、側(cè)圍骨架總成、后圍骨架總成和頂蓋骨架總成組成。具體對(duì)白車(chē)身尺寸變化原因分析如下：

（1）前風(fēng)窗焊接變形分析

前風(fēng)窗骨架總成為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，其主要變形是其左右A柱和B柱的雙曲弧度焊后雙向彎曲,造成與左右側(cè)圍前立柱、頂蓋橫梁、車(chē)架等貼合間隙超差,影響前圍和三角窗玻璃的裝配以及門(mén)框大小。造成變形的原因主要是是前風(fēng)窗骨架總成下部是開(kāi)口式,左右B柱的前側(cè)面和內(nèi)側(cè)面的對(duì)接、角接焊縫的收縮,使立柱產(chǎn)生內(nèi)收。

（2）左右側(cè)圍骨架變形分析

左/右側(cè)圍骨架總成在焊后的主要變形有彎曲、內(nèi)凹、波浪變形、扭曲變形等。其主要原因是側(cè)圍骨架焊縫多,特別是較多的平行焊縫和對(duì)接焊縫,且焊縫布置不對(duì)稱(chēng),同時(shí)門(mén)框處結(jié)構(gòu)呈開(kāi)式自由狀態(tài),焊接時(shí)只能先焊完一側(cè)再焊另一側(cè)，這些都很容易造成焊接變形，對(duì)側(cè)圍總成尺寸精度有較大影響。在六個(gè)分總成合攏時(shí)與前后圍、頂蓋、車(chē)架裝配間隙大,引起焊后變形大，故造成白車(chē)身總成的門(mén)框和左右側(cè)圍間寬度尺寸偏差大。

（3）六個(gè)分總成合攏變形分析

六個(gè)分總成的合攏總拼變形是前面各道工序焊接變形的總體現(xiàn)。在六個(gè)分總成合攏時(shí),裝配尺寸互不到位,在強(qiáng)行裝夾后變形較大,使車(chē)體對(duì)角線(xiàn)不等,同時(shí)各分總成間裝配間隙過(guò)大,焊后焊縫收縮過(guò)大,內(nèi)應(yīng)力增加,使車(chē)身殼體強(qiáng)度薄弱的部位產(chǎn)生較大的變形,整個(gè)車(chē)身門(mén)框、前后風(fēng)窗、左右側(cè)圍變形較大,影響底盤(pán)零件和內(nèi)外飾零件的裝配。尤其是車(chē)身骨架的變形使蒙皮裝配呈波浪變形,直接影響油漆和整車(chē)的外觀品質(zhì)。

（4）夾具設(shè)計(jì)

由于本車(chē)型采用矩形鋼管作為骨架，夾緊點(diǎn)的位置和大小設(shè)計(jì)考慮不周到，存在一些不合理的地方，容易造成定位不一致或少定位點(diǎn)，這樣導(dǎo)致部分焊接變形超差。

2 生產(chǎn)過(guò)程分析

（1）焊接順序和焊接規(guī)范不當(dāng)

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，焊接順序，焊接過(guò)程中定位點(diǎn)松夾不當(dāng)及焊接參數(shù)不當(dāng)時(shí)等均會(huì)導(dǎo)致焊接變形，影響車(chē)身尺寸精度。

（2）零件存放不當(dāng)

當(dāng)分總成焊接完成后，分總成零件的存放不當(dāng)也會(huì)對(duì)白車(chē)身總成尺寸產(chǎn)生影響。在產(chǎn)品試制過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)左/右側(cè)圍骨架總成在焊后立即取出平放容易造成了白車(chē)身中間部位內(nèi)凹和扭曲變形。這些變形造成左右側(cè)圍蒙皮內(nèi)凹，不能滿(mǎn)足整車(chē)造型，整車(chē)外觀不美觀，不能達(dá)到設(shè)計(jì)效果。

3 解決方案

在基本保證單個(gè)零件的尺寸前提下（為了嚴(yán)格控制裝配間隙，在單件長(zhǎng)度尺寸一定要符合設(shè)計(jì)要求，基準(zhǔn)孔要確保零件裝配兩端間隙盡可能地均勻，避免一邊過(guò)大，另一邊緊貼的現(xiàn)象），為了減少焊接變形，使產(chǎn)生的變形量控制在合理的范圍內(nèi)，本文主要從以下幾個(gè)方面來(lái)闡述尺寸控制。

3.1 合理的工藝分塊

該車(chē)白車(chē)身總成主要由車(chē)架骨架總成、前風(fēng)窗骨架總成、側(cè)圍骨架總成、后圍骨架總成和頂蓋骨架總成組成。由于后風(fēng)窗尺寸較難控制，直接影響后窗玻璃和行李箱門(mén)安裝，經(jīng)多次驗(yàn)證，將后風(fēng)窗骨架進(jìn)行拆分，分成左右后立柱及橫梁，均在總拼上增加定位夾緊實(shí)現(xiàn)焊接，這樣很好的保證了后風(fēng)窗尺寸，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.2 基準(zhǔn)統(tǒng)一

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案評(píng)審及數(shù)據(jù)評(píng)審時(shí)要根據(jù)工藝要求進(jìn)行定位基準(zhǔn)確定，單個(gè)零件、分總成、白車(chē)身總成的定位夾緊點(diǎn)要盡量確保一致。

3.3 輔助結(jié)構(gòu)（變開(kāi)放式結(jié)構(gòu)為封閉式結(jié)構(gòu)）

該產(chǎn)品在試制過(guò)程中出現(xiàn)前風(fēng)窗骨架總成、側(cè)圍骨架總成、車(chē)架骨架總成尺寸偏差大，最大偏差達(dá)到10mm左右，無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量分析發(fā)現(xiàn)焊接完成后在夾具上測(cè)量尺寸滿(mǎn)足要求，取出夾具再次測(cè)量則出現(xiàn)偏差。將前風(fēng)窗骨架總成、側(cè)圍骨架總成、車(chē)架骨架總成等存在開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)處增加輔助梁形成封閉式結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，效果非常好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.4 夾具設(shè)計(jì)與調(diào)整

（1）預(yù)變形法

預(yù)計(jì)零件焊接后的變形方向，在相反的方向予以讓空，使其焊接完成后達(dá)到合理位置，該產(chǎn)品的左右側(cè)圍在總拼上焊接完成后容易產(chǎn)生Y方向內(nèi)收，根據(jù)多次驗(yàn)證，將側(cè)圍的定位塊往外側(cè)調(diào)整1~1.5mm，很好的解決了側(cè)圍內(nèi)收問(wèn)題。

（2）過(guò)定位原則

由于分總成零件剛性較大，按夾具設(shè)計(jì)理論，分總成在總拼上只需保持主定位基準(zhǔn)一致即可，現(xiàn)場(chǎng)制造過(guò)程發(fā)現(xiàn)，零件焊接完成后發(fā)生變形較嚴(yán)重，最大處能達(dá)到5mm，經(jīng)分析決定，在總拼上增加變形點(diǎn)的夾具，保持與分拼夾緊點(diǎn)一致，通過(guò)此改進(jìn)，很好的解決了該變形問(wèn)題。

（3）自鎖結(jié)構(gòu)運(yùn)用

對(duì)此種焊接應(yīng)力較大的產(chǎn)品采用自鎖結(jié)構(gòu)的夾緊方式。本產(chǎn)品在夾具設(shè)計(jì)時(shí)絕大部分采用自鎖快速夾和自主設(shè)計(jì)的自鎖結(jié)構(gòu)氣動(dòng)夾緊裝置。

（4）隨行工裝運(yùn)用

在易變形的部位如風(fēng)窗、門(mén)框等處加上隨行工裝,確保焊接過(guò)程中不變形。

3.5 焊接過(guò)程控制

（1）焊接操作規(guī)范

要求工件在焊接拼臺(tái)上緊靠定位放置并夾緊，先點(diǎn)焊點(diǎn)固，然后進(jìn)行焊接，焊后冷卻1~2分鐘后才松開(kāi)夾具，以減小焊接應(yīng)力變形。

（2）選擇合理的焊接次序、方向

在骨架組焊焊接時(shí)，為使焊接變形減到最小，要確定好合理的焊接順序。采用分段退焊或跳焊，并要求兩名焊工同時(shí)從中間向兩邊或四周對(duì)稱(chēng)焊接，對(duì)收縮量較大的焊縫先焊，可先焊短焊縫,再焊長(zhǎng)焊縫，先焊內(nèi)側(cè)焊縫，再焊外側(cè)焊縫，先焊對(duì)接焊縫,再焊角焊縫和環(huán)焊縫，先焊拉應(yīng)力區(qū)的焊縫，再焊剪應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)的焊縫等減少焊接應(yīng)力和焊接變形的方法，確保焊接變形減小到最低值。

（3）焊接材料及參數(shù)選擇

采用焊絲直徑規(guī)格為準(zhǔn)0.8和準(zhǔn)1.0兩種焊絲進(jìn)行焊接，車(chē)身總拼工位用準(zhǔn)1.0的焊絲，其余工位用準(zhǔn)0.8的焊絲；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證用準(zhǔn)0.8的焊絲焊接時(shí)焊接電壓為21~27V，焊接電流為120~160A。用準(zhǔn)1.0的焊絲焊接時(shí)，電流大于170A，高電流、焊絲高速進(jìn)給，以長(zhǎng)弧的形式進(jìn)行焊接，焊接時(shí)焊接電壓為24~30 V，焊接電流為180~230A，焊接時(shí)焊絲的伸出長(zhǎng)度約為焊絲直徑的10~20倍，一般為8~15mm，通過(guò)焊接參數(shù)的選擇，也減小了焊接變形，提高了車(chē)身尺寸精度。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上分析，先在十輛小批量車(chē)上進(jìn)行控制和測(cè)量，焊接完成后的白車(chē)身總成尺寸基本達(dá)到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求；在后續(xù)的批量生產(chǎn)過(guò)程中，嚴(yán)格按工藝方案和工藝保證措施進(jìn)行生產(chǎn)與檢測(cè)，均能滿(mǎn)足產(chǎn)品規(guī)定的尺寸要求。

[1]杜國(guó)華.新編焊接工藝500問(wèn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]楊握銓.汽車(chē)裝焊技術(shù)及夾具設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1996.