车体多柔性件装配的误差分析

车体多柔性件装配的误差分析

刘志伟 刘志成 孙宏海 姚金华 张玉龙 王超

中车唐山机车车辆有限公司 河北 唐山 064000

摘要：在车身试生产与量产中的精度不仅影响下工序部品安装，也决定了卖给顾客的产品的质量。在汽车制造过程中，如何保证白车身的车身精度成为直接影响汽车质量的关键因素。而目前国内自主品牌与合资厂生产的国外品牌汽车比较，在车体外观方面有着明显的差异。

关键词：车体多柔性件；装配；误差；

前言：轿车车体(即白车身)通常由300～ 500个柔性薄板冲压零件装配而成.根据车体零件在装配工位上的排列布置形式不同,可将车体零件装配分为串联装配和并联装配两类.串联装配旨在增加部件长度,装配误差具有累积性，并联装配则可增大零部件刚度。

一、生产过程中车身精度的影响因素

1.单品的精度影响。由于部品和车身生产制造的过程，也是定位部件、模具的消耗磨损过程，冲压单品随着生产的进行也发生着变化，同时由于设计、加工、搬运等原因也同样造成部品的精度不良。单品精度是车身精度的基础。单品精度不仅影响焊接夹具的作业性，也是导致车体精度偏差的原因之一。

2. 组装夹具精度的影响。车身精度不仅与制造夹具的机械加工设备关系密切，而且与夹具的设计息息相关。目前国内焊装夹具制造水平主要在夹具的设计方法、周期与欧美日有较大差距。由于中国自动化工业起步比较晚，相应的配套焊装夹具设计与制作处于一个发展阶段，大部分还是小作坊模式。

3. 开口部品（四门二盖）安装精度的影响。四门二盖（前后门、发动机盖、行李箱盖或背门）车体覆盖件通过铰链与车体连接在一起。四门二盖的精度决定了车体外观的美观性，同时其安装精度是影响车体是否漏水的主因。为保证开口部车体精度，主要从以下几个方面进行保证：1）四门二盖安装时使用了定位螺栓。总装拆装门的过程中，门的位置不发生变化。2）白车身安装四门二盖时，实行预留值管理，消除涂装、总装工程间的变化。3）完成车下线前，参照完成车车身尺寸公差要求，对超出公差要求的车体进行调整。

2. 车体多柔性件装配的误差

1. 车身试制过程中的精度修正。车身从冲压品经过焊装、涂装、总装，最后通过终检线，车身精度是一个不断完善的过程。第一阶段，冲压单品的修正。冲压品经过模具冲压成形后，通过单品CF测量后满足公差许可。但是由于工件之间的尺寸公差累积，工件拼装后出现间隙或水平差超出允许范围的现象。为了解决此类问题，在冲压单品CF尺寸测量OK后，会将外板件（顶棚、侧围、门、翼子板及前后保险杠）组装在整车CF进行测量，根据测量的整车状况进行单品的修正。第二阶段，车体拼装精度修正。由于夹具精度同样存在误差累积问题，冲压品在焊装车间拼装成一台主车身时，精度会出现偏差。因此在车体组装过程，会对每个小分总成进行精度测量，并将测量合格的工件再组装成大的总成，最后拼装成主车身。根据CMM对主车身的精度测量值来调整夹具，从而对主车身精度进行修正。第三阶段，车体板合精度修正。为满足涂装密封胶涂覆作业性，车身板合有规格要求，因此需要检测车身的钣金件的拼装间隙，确认是否会对涂装造成影响，从而消除车身漏水隐患。第四阶段，总装后车身精度修正。由于总装部品，如内装、外装、机能等，在与车体组装后，同样发生公差累积的问题。因此联合各部门对整车的部品进行调整和修正。特别是四门二盖的安装精度，需要进行调整。第五阶段，批量生产后，车身精度的修正。上述四个阶段都是在少量的车体上完成的修正，而批量生产后会暴露一些未发现的问题，如四门二盖的安装间隙、车体与其他部品之间的不良问题，因此需要在批量生产时，对车体品质进行提高。

2.推导柔性件并联装配误差。车体柔性件装配是将薄板冲压件放于夹具上,经过夹紧、点焊、夹紧力释放,然后进入下一步部件装配的过程，点焊过程在瞬间完成,焊接使焊点及其周边部位因瞬态高温发生塑性变形而在柔性件内产生残余应力,在夹紧力释放时焊件发生回弹，通常可将装配回弹分为两部分: 一部分是由夹具夹紧力突然消失产生的弹性回弹; 另一部分是由局部塑性变形发生非线性焊装回弹。并联装配的力学过程描述轿车车体多柔性件并联装配的实际焊装过程一般分4步完成:(1) 将2个或2个以上柔性薄板冲压件放于夹具体上,冲压过程形成的柔性件零件偏差在自重状态下表现出与夹具体的不完全贴合;(2) 夹具夹紧各柔性件,使之达到并联装配的名义位置,夹紧力克服零件偏差和夹具偏差;(3) 焊接(车体点焊)各柔性件,将各件装配成一体,焊装时可能因焊钳作用方式不同、焊枪力大小不同和焊装夹具不准确等原因在装配过程中出现焊枪偏差;　(4) 夹紧力释放,夹具放松,装配得到的部件在因装配变形和夹紧力消失产生装配回弹后进入下一生产环节。经过并联装配,研究点处的偏差显著低于零件偏差,从而数值证明了并联装配的综合装配误差小于零件偏差,表明并联装配偏差不等于零件偏差的累积,而是小于零件偏差的累积值,零件偏差在并联装配过程中确实存在偏差耦合作用。即当柔性件与刚度远远大于另一零件并联装配时,装配误差接近于大刚性零件的零件偏差.当刚度较大的柔性件同时具有较小零件偏差时,那么并联装配偏差也将很小。由此,从解析角度对统计回归得到的推论进行了理论证明,反映了该推论对并联装配的适用性。

3.后桥装配误差。冲压过程偏差和装配过程偏差是引起后桥装配干涉的主要误差来源。白车身零件通常由厚度为0. 6mm～ 2mm的薄板冲压成形得到,因冲压模具磨损、冲压定位不准确、冲压参数设计不合理或冲压后零件回弹等冲压过程偏差造成零件偏差。零件偏差不可能因下游装配而消除,只能通过改善冲压工艺减小零件偏差。另一方面,薄板冲压件易变形的特点使得车体冲压零件在运输、装配定位、夹具夹紧和释放及焊接过程中都可能发生变形,从而各装配误差经过传播、耦合和积累后影响到白车身装配精度。后纵梁与后纵梁加强板是与后桥装配最直接相关的冲压零件,它们的冲压质量将最直接影响后桥装配。后桥装配误差包括各零件偏差、工夹具误差、焊接变形、装配回弹及工人操作不当引起的误差等。点焊是轿车车体装配的主要方式,相对电弧焊、缝焊,尽管点焊的热变形、残余应力较小,但轿车车体平均有3000～ 5000个焊点,装配后桥的后围总成有近1500个焊点。因此,焊接变形是不可忽视的装配误差源,它同时受到焊接顺序、焊件材料、焊枪磨损及焊接规程等因素的影响。误差识别针对某车体总装过程中存在的后桥装配干涉实际案例,利用主成分分析法对白车身CMM测量数据进行主向量分析,有效地确定后桥干涉的主要误差方向,完成对装配误差的第一次识别,建立误差产生的推理模式。另一方面,传统样架可以帮助判断与发生装配干涉的源装配层距离最近的装配层。因此,利用白车身后围总成样架辅助诊断产生后桥装配干涉的源装配层,确定对左纵梁分拼的跟踪测量。借用传统后围样架辅助判断装配层3存在螺栓腰孔间的干涉,根据后围总成装配过程知识,将干涉源从装配层3落实到装配层4左纵梁总成的零件分拼偏差,。为两者方向误差均值相等。因此,第二次识别了装配干涉,确定左纵梁加强板的零件偏差是产生后桥装配干涉的误差。理清识别和诊断误差来源的思路,实现尽可能及时地解决轿车车体制造过程中的装配质量问题。同时,借用传统样架可以辅助判断产生误差的装配层。

结束语：并联装配是轿车车体装配中的常见装配形式,同端固定的并联和异端固定的并联又是并联装配的两种方式,通过并联装配可以增强车体刚度.基于车体装配误差源的分析,利用线弹性理论对并联装配的装配回弹和装配误差进行的计算研究表明,并联装配偏差受零件几何和零件刚度的影响,柔性件材料的厚度直接影响并联装配综合误差。

参考文献：

[1]　林忠钦, 胡敏, 陈关龙等. 轿车车体装配偏差研究方法综述. 机械与研究, 2019, 65( 3): 7～ 10

[2]张志涌, 刘瑞桢, 杨祖樱编著. 掌握和精通MATLAB.北京: 北京航空航天大学出版社, 2019: 42～105