承载式客车白车身尺寸控制分析

2013-01-26徐海军

装备制造技术 2013年4期

关键词：焊丝车架夹具

徐海军，陈浩

（柳州五菱汽车工业有限公司，广西柳州 545007）

我公司自主研发了一款全新的既能满足城市公交支线又能在县际道路条件较好的城乡接合部、乡镇间进行客运的轻型客车，该客车白车身为承载式框架车身，底盘件所有安装硬点和内外饰零件安装点均集中在白车身骨架上，对车身的精度要求非常高。

1 产品原因分析

1.1 产品设计分析

（1）白车身结构

该车身采用封闭环结构设计，车身零件精度要求高；但车身骨架零件采用汽车专用高强度优质矩形钢管辊压而成，零件尺寸和精度较难达到设计状态，故造成白车身总成尺寸难以达到设计要求。

（2）白车身焊接

该车身骨架零件的连接均采用CO2保护焊焊接，且焊接节点多（多达1 500处）,焊缝总长度长（长达60 000mm），焊缝形式和焊接位置变化多样，均较难控制焊接变形。

1.2 焊接变形分析

该车白车身总成主要由车架骨架总成、前风窗骨架总成、侧围骨架总成、后围骨架总成和顶盖骨架总成组成。具体对白车身尺寸变化原因分析如下：

（1）前风窗焊接变形分析

前风窗骨架总成为开放式结构，其主要变形是其左右A柱和B柱的双曲弧度焊后双向弯曲,造成与左右侧围前立柱、顶盖横梁、车架等贴合间隙超差,影响前围和三角窗玻璃的装配以及门框大小。造成变形的原因主要是是前风窗骨架总成下部是开口式,左右B柱的前侧面和内侧面的对接、角接焊缝的收缩,使立柱产生内收。

（2）左右侧围骨架变形分析

左/右侧围骨架总成在焊后的主要变形有弯曲、内凹、波浪变形、扭曲变形等。其主要原因是侧围骨架焊缝多,特别是较多的平行焊缝和对接焊缝,且焊缝布置不对称,同时门框处结构呈开式自由状态,焊接时只能先焊完一侧再焊另一侧，这些都很容易造成焊接变形，对侧围总成尺寸精度有较大影响。在六个分总成合拢时与前后围、顶盖、车架装配间隙大,引起焊后变形大，故造成白车身总成的门框和左右侧围间宽度尺寸偏差大。

（3）六个分总成合拢变形分析

六个分总成的合拢总拼变形是前面各道工序焊接变形的总体现。在六个分总成合拢时,装配尺寸互不到位,在强行装夹后变形较大,使车体对角线不等,同时各分总成间装配间隙过大,焊后焊缝收缩过大,内应力增加,使车身壳体强度薄弱的部位产生较大的变形,整个车身门框、前后风窗、左右侧围变形较大,影响底盘零件和内外饰零件的装配。尤其是车身骨架的变形使蒙皮装配呈波浪变形,直接影响油漆和整车的外观品质。

（4）夹具设计

由于本车型采用矩形钢管作为骨架，夹紧点的位置和大小设计考虑不周到，存在一些不合理的地方，容易造成定位不一致或少定位点，这样导致部分焊接变形超差。

2 生产过程分析

（1）焊接顺序和焊接规范不当

在实际生产过程中，焊接顺序，焊接过程中定位点松夹不当及焊接参数不当时等均会导致焊接变形，影响车身尺寸精度。

（2）零件存放不当

当分总成焊接完成后，分总成零件的存放不当也会对白车身总成尺寸产生影响。在产品试制过程中，笔者发现左/右侧围骨架总成在焊后立即取出平放容易造成了白车身中间部位内凹和扭曲变形。这些变形造成左右侧围蒙皮内凹，不能满足整车造型，整车外观不美观，不能达到设计效果。

3 解决方案

在基本保证单个零件的尺寸前提下（为了严格控制装配间隙，在单件长度尺寸一定要符合设计要求，基准孔要确保零件装配两端间隙尽可能地均匀，避免一边过大，另一边紧贴的现象），为了减少焊接变形，使产生的变形量控制在合理的范围内，本文主要从以下几个方面来阐述尺寸控制。

3.1 合理的工艺分块

该车白车身总成主要由车架骨架总成、前风窗骨架总成、侧围骨架总成、后围骨架总成和顶盖骨架总成组成。由于后风窗尺寸较难控制，直接影响后窗玻璃和行李箱门安装，经多次验证，将后风窗骨架进行拆分，分成左右后立柱及横梁，均在总拼上增加定位夹紧实现焊接，这样很好的保证了后风窗尺寸，满足设计要求。

3.2 基准统一

在产品设计方案评审及数据评审时要根据工艺要求进行定位基准确定，单个零件、分总成、白车身总成的定位夹紧点要尽量确保一致。

3.3 辅助结构（变开放式结构为封闭式结构）

该产品在试制过程中出现前风窗骨架总成、侧围骨架总成、车架骨架总成尺寸偏差大，最大偏差达到10mm左右，无法满足设计要求。现场测量分析发现焊接完成后在夹具上测量尺寸满足要求，取出夹具再次测量则出现偏差。将前风窗骨架总成、侧围骨架总成、车架骨架总成等存在开环结构处增加辅助梁形成封闭式结构，增强其结构稳定性。经现场验证，效果非常好，达到设计要求。

3.4 夹具设计与调整

（1）预变形法

预计零件焊接后的变形方向，在相反的方向予以让空，使其焊接完成后达到合理位置，该产品的左右侧围在总拼上焊接完成后容易产生Y方向内收，根据多次验证，将侧围的定位块往外侧调整1~1.5mm，很好的解决了侧围内收问题。

（2）过定位原则

由于分总成零件刚性较大，按夹具设计理论，分总成在总拼上只需保持主定位基准一致即可，现场制造过程发现，零件焊接完成后发生变形较严重，最大处能达到5mm，经分析决定，在总拼上增加变形点的夹具，保持与分拼夹紧点一致，通过此改进，很好的解决了该变形问题。

（3）自锁结构运用

对此种焊接应力较大的产品采用自锁结构的夹紧方式。本产品在夹具设计时绝大部分采用自锁快速夹和自主设计的自锁结构气动夹紧装置。

（4）随行工装运用

在易变形的部位如风窗、门框等处加上随行工装,确保焊接过程中不变形。

3.5 焊接过程控制

（1）焊接操作规范

要求工件在焊接拼台上紧靠定位放置并夹紧，先点焊点固，然后进行焊接，焊后冷却1~2分钟后才松开夹具，以减小焊接应力变形。

（2）选择合理的焊接次序、方向

在骨架组焊焊接时，为使焊接变形减到最小，要确定好合理的焊接顺序。采用分段退焊或跳焊，并要求两名焊工同时从中间向两边或四周对称焊接，对收缩量较大的焊缝先焊，可先焊短焊缝,再焊长焊缝，先焊内侧焊缝，再焊外侧焊缝，先焊对接焊缝,再焊角焊缝和环焊缝，先焊拉应力区的焊缝，再焊剪应力区和压应力区的焊缝等减少焊接应力和焊接变形的方法，确保焊接变形减小到最低值。

（3）焊接材料及参数选择

采用焊丝直径规格为准0.8和准1.0两种焊丝进行焊接，车身总拼工位用准1.0的焊丝，其余工位用准0.8的焊丝；经现场验证用准0.8的焊丝焊接时焊接电压为21~27V，焊接电流为120~160A。用准1.0的焊丝焊接时，电流大于170A，高电流、焊丝高速进给，以长弧的形式进行焊接，焊接时焊接电压为24~30 V，焊接电流为180~230A，焊接时焊丝的伸出长度约为焊丝直径的10~20倍，一般为8~15mm，通过焊接参数的选择，也减小了焊接变形，提高了车身尺寸精度。