汽車車身螺母防漏焊技術(shù)

賴沂銘　宋寶恒

摘 要：隨著國家對返修車輛的管理要求越來越高，很多地方也都發(fā)生了消費(fèi)者針對返修車“退1賠3”的事件，因此主機(jī)廠內(nèi)很多情況下的螺母漏焊將不再允許隨意返修，由此會帶來整車報廢等巨大的經(jīng)濟(jì)損失，本文從焊接過程的螺母防漏焊出發(fā)，針對不同類型的零件結(jié)構(gòu)提供了不同防錯方法的選擇，適用于所有鈑金零部件的生產(chǎn)制造，能夠有效杜絕螺母漏焊的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：螺母防漏 間接式結(jié)構(gòu) 防錯信號關(guān)聯(lián)

Leak-proof Welding Technology of Automobile Body Nuts

Lai Yiming Song Baoheng

Abstract：As China's management requirements for repaired vehicles are getting higher and higher， there have also been incidents where consumers "refund 1 for 3" for repaired vehicles in many places. Therefore， in many cases in the OEM， the missing nut welding will no longer be possible. It is allowed to repair at will， which will bring huge economic losses such as scrapping the whole vehicle. This article starts from the leak-proof welding of nuts in the welding process， and provides different error-proofing methods for different types of part structures. It is suitable for all sheet metal parts. The production and manufacture of components can effectively prevent the occurrence of leakage welding of nuts.

Key words：nut leak proofing， indirect structure， error proofing signal correlation

在汽車鈑金零部件的生產(chǎn)制造過程中，螺母漏焊是主要的失效模式，并且隨著主機(jī)廠的返修標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，螺母漏焊所帶來的質(zhì)量成本損失也顯著提高，為了有效降低此類缺陷帶來的質(zhì)量成本損失，引入螺母防錯顯得尤為重要。

防錯，在日文中稱“Poka Yoke”，又稱愚巧法、防呆法，由日本著名質(zhì)量管理學(xué)者森口（Shingo）博士最先提出。防錯基于“預(yù)防為主”、“差錯可以避免”、“實現(xiàn)零缺陷”等質(zhì)量理念，通過技術(shù)的改善實現(xiàn)制造過程更安全、更簡單、產(chǎn)品更可靠的目標(biāo)。

而針對螺母的防漏焊是鈑金零部件生產(chǎn)企業(yè)一直在努力解決的問題，從最早的時候依靠人工100%畫記檢查，到后來機(jī)械式/氣動式/電子式等各類防錯的推廣，期間經(jīng)歷了大量的理論分析和實踐應(yīng)用，在應(yīng)用的過程中我們也發(fā)現(xiàn)不同的防錯類型適用于不同的零件結(jié)構(gòu)，同時如何保證防錯結(jié)構(gòu)較長的使用壽命也是非常重要的內(nèi)容，后面將從零件的不同結(jié)構(gòu)出發(fā)，探討最適合的防錯結(jié)構(gòu)。

1 螺母在零件外部（圖1）

這類零件結(jié)構(gòu)屬于最容易實施防錯的結(jié)構(gòu)，通常使用直接接觸式感應(yīng)探頭進(jìn)行防錯，如圖2，但由于此類防錯結(jié)構(gòu)的探頭與零件距離較近，在量產(chǎn)過程中，容易在裝零件時被磕碰導(dǎo)致探頭損壞，從而導(dǎo)致防錯失效，增加螺母漏焊風(fēng)險。

因此，針對此類零件結(jié)構(gòu)，在空間足夠的時候從實用性角度出發(fā)更推薦使用間接接觸式防錯結(jié)構(gòu)。如圖3，該結(jié)構(gòu)由連接桿、彈簧、傳感器組成，裝夾零件時螺母接觸連接桿端面位置①，在重力作用下壓縮彈簧向下運(yùn)動，傳感器繼而探測到另一臺階面②，傳感器③燈亮，給PLC輸入信號。如果螺母漏焊，則連接桿不往下運(yùn)動，傳感器探測不到另一端面，燈不亮，PLC判定為漏焊，機(jī)器人不執(zhí)行焊接動作。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于傳感器離零件位置遠(yuǎn)，在生產(chǎn)過程裝夾零件時不易被碰壞，同時焊接時的飛濺也不容易附著在傳感器上，因此能夠保證防錯的有效性，降低漏焊風(fēng)險。

2 螺母在零件內(nèi)腔（圖4）

針對此類零件結(jié)構(gòu)，我們無法在內(nèi)腔進(jìn)行防錯，防錯結(jié)構(gòu)設(shè)計上需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如圖5，使用間接接觸式結(jié)構(gòu)，與螺母接觸端設(shè)計成定位銷結(jié)構(gòu)。當(dāng)有螺母時，連接桿接觸到螺母向上移動，傳感器接收到信號;而當(dāng)螺母漏焊時，連接桿穿過零件光孔，傳感器未接收到信號，判定為漏焊。

3 螺母孔同時在夾具上作為零件定位孔使用

當(dāng)螺母孔在焊接夾具上同時作為定位孔使用時，不建議繼續(xù)使用以上直接式或者間接式接觸防錯結(jié)構(gòu)時，如圖6，如果螺母漏焊，由于有定位銷的存在，裝夾零件時連接桿會接觸到定位銷從而壓縮彈簧上移，防錯傳感器則會感應(yīng)亮燈判定有螺母從而引起誤判。因此我們需要對防錯結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行優(yōu)化，如圖7，將防錯連接桿的端面更改為套筒結(jié)構(gòu)，當(dāng)螺母漏焊時，套筒能夠避開零件定位銷，行程的變化從而讓傳感器能夠識別出漏焊。

除此之外，針對此類零件結(jié)構(gòu)，也可以采用圖8的防錯結(jié)構(gòu)，螺母定位銷使用帶氣缸的彈簧伸縮銷。此定位銷應(yīng)設(shè)計為臺階銷，當(dāng)有螺母時，臺階銷1段正常定位，臺階銷2段無法通過，傳感器通過對行程的識別判定有螺母。而當(dāng)螺母漏焊時，臺階銷1段無法完成對零件定位，2段也將穿過零件光孔，傳感器通過對行程的識別判定漏焊螺母，從而控制機(jī)器人焊鉗進(jìn)行鎖止。

4 防錯探頭的鎖緊方式

在我們解決了防錯機(jī)構(gòu)的運(yùn)行邏輯問題以后，在實際運(yùn)行中仍然有不少防錯失效，其中最典型的模式就為防錯探頭松動，如圖9，很多廠家的鎖緊方式采用側(cè)面擰緊螺桿，此方式看似結(jié)構(gòu)簡單，實則鎖緊力不易控制，隨著機(jī)構(gòu)每天不停的往復(fù)運(yùn)動，螺桿極易出現(xiàn)松動情況，從而導(dǎo)致防錯傳感器松動，偏離了最初設(shè)置的探測位置，引起防錯失效。經(jīng)過現(xiàn)場的大量驗證工作，我們認(rèn)為圖10的鎖緊方式較為有效，在傳感器的前后端采用雙向鎖緊，能夠保證足夠的鎖緊力使其不易松動。同時如果傳感器處于運(yùn)動機(jī)構(gòu)上，還可以在螺母鎖緊位置處增加螺紋緊固膠，進(jìn)一步加強(qiáng)鎖緊強(qiáng)度。

5 防錯結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化管理

除此之外，如果防錯機(jī)構(gòu)的精度和硬度不達(dá)標(biāo)，在長期運(yùn)行過程中，隨著其使用磨損也會大大增加防錯的失效率。例如：在間接式接觸防錯結(jié)構(gòu)中，若連接桿硬度不足，長期使用則會導(dǎo)致其變形、彎曲，從而引起連接桿無法正常在行程內(nèi)運(yùn)動，或者會頻繁引起彈簧卡滯等問題。因此，需要對防錯機(jī)構(gòu)增加對應(yīng)的制造公差要求以及表面處理要求，以滿足長期的量產(chǎn)使用。在大部分夾具供應(yīng)商中，通常對連接桿的加工精度要求為0.05mm，其表面采用鍍硬鉻處理，硬度達(dá)到HRC 52-58，按此標(biāo)準(zhǔn)實際運(yùn)行的效果可以滿足零部件企業(yè)量產(chǎn)使用需求的。此要求為筆者工作中接觸到的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各零部件企業(yè)也可以根據(jù)自身實際情況，制定滿足自身工廠現(xiàn)狀需求的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

由于一家零部件企業(yè)對應(yīng)的夾具供應(yīng)商不一定是唯一的，而防錯結(jié)構(gòu)目前在行業(yè)內(nèi)部并未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。如果不同夾具供應(yīng)商防錯結(jié)構(gòu)有差異，其配件在選型時不統(tǒng)一，那在后期的運(yùn)行維護(hù)上將會增加難度，不僅需要增加備件種類和庫存數(shù)，同時不便于維修和長期的持續(xù)改善。因此建議各零部件企業(yè)，能夠在內(nèi)部對防錯結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，在選擇不同夾具供應(yīng)商時，將防錯結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行輸入，此舉將大大提高企業(yè)后期的運(yùn)行管理效率，實現(xiàn)防錯系統(tǒng)正向的持續(xù)改進(jìn)。

6 防錯信號與機(jī)器人相關(guān)聯(lián)：

防錯唯有與設(shè)備關(guān)聯(lián)，才能真正在螺母漏焊時實現(xiàn)設(shè)備鎖止，缺陷不流出。但設(shè)備廠家在將防錯傳感器與機(jī)器人關(guān)聯(lián)時，通常有兩種做法：①將同一夾具上傳感器的信號串聯(lián)接入PLC控制器（圖11）②將同一夾具上不同傳感器信號分別并聯(lián)接入PLC控制器（圖12）。

如果采用串聯(lián)接入方式，當(dāng)其中一個傳感器損壞斷開時，整個回路的信號判定為斷開，PLC控制鎖止焊鉗;但當(dāng)其中一個傳感器常亮故障時，整個回路的信號仍然判定為閉合，PLC無法識別傳感器的問題，這時如果該位置的零件漏焊，防錯也無法進(jìn)行探測報警，缺陷流出。

因此，在實際接入PLC的時候推薦傳感器信號以并聯(lián)的方式接入PLC控制器，PLC單獨(dú)采集每一個傳感器的信號。任一傳感器損壞斷開時，PLC均能識別出其故障，并鎖止焊鉗;而當(dāng)任一傳感器常亮故障時，PLC也能夠識別出其故障，并對焊鉗做出鎖止控制。

7 結(jié)語

以上是針對現(xiàn)有鈑金供應(yīng)商在焊接夾具上應(yīng)用最廣泛的螺母防錯裝置進(jìn)行了介紹，在實際應(yīng)用中還有著其它類型的電子防錯，比如激光探測、視覺防錯等同樣可以用作螺母/螺柱防漏，但因成本較高，目前在鈑金供應(yīng)商中應(yīng)用的相對較少，隨著技術(shù)的發(fā)展，還會有更多更優(yōu)的防錯方式的產(chǎn)生，但目標(biāo)都是一個，杜絕漏焊問題，提高客戶滿意度，這也是我們質(zhì)量人為之奮斗的方向！

參考文獻(xiàn)：

[1]王佐開，王學(xué)良.防錯技術(shù)的實施思路及其案例分析[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2010（03）：34-36.

[2] 梁國明，梁承允.機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計制造使用防錯方法.機(jī)械工業(yè)出版社，2014（08）：452-453.

[3] 劉高鵬.面向制造質(zhì)量的防錯設(shè)計及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].重慶大學(xué)，2008（06）114-116.