仪表板横梁焊接总成检具设计及总成质量控制

2013-09-13袁晓波刘毓文

机电产品开发与创新 2013年4期

石玫，袁晓波，刘毓文，谯波，王辉

（中国第一汽车集团股份有限公司技术中心，吉林长春 130011）

0 引言

目前，汽车行业在国内正处于高速发展阶段，国内各大车企之间竞争异常激烈，新车研发周期日益缩短。试制作为汽车研发过程中的重要环节，如何在短时间内提供高质量的产品逐渐成为一个重要的课题。仪表板横梁焊接总成是汽车内饰中最重要的总成之一，它是由管梁和支架焊接而成的，由于其上装配关系众多，因此精度要求很高。本文详述了检具设计和总成制造过程中需关注的要点。

1 检具的用途、种类及组成

用途：检具是工业生产企业用于控制产品各种尺寸（例如孔径、空间尺寸等）的简捷工具，以提高生产效率和控制质量。

种类：在汽车行业中，检具通常划分为：零件检具、分总成检具和车身总成检具。

组成部分：通常情况下，检具由如下几部分组成：底板部分、支撑部分、定位装置、夹紧装置、测量装置和辅助装置等，如图1所示。

图1 组成部分

1.1 定位原则

检具的定位是基于 “321”原则，即通常所说的点-线-面，但是在实际零件检测中，不可能存在真正的点和线，故而通过单位面进行逼近，单位面的大小和数量视检测零件的大小和刚性而定，例如，检测保险杠等刚性较差零件时，第一基准的单位面一般多于三个。如图2所示，物体在三个方向被完全约束；此外，检测时应考虑被检测零件重力因素对检测结果的影响，应尽量选择零件的重心平面作为第一基准面，以便零件在重力的作用下与基准面接触。

图2 “321”原理示意

1.2 术语

车身坐标系：车身坐标系是整车设计的唯一坐标系，通常由整车总布置给定，检具设计中通常采用被检测零件的车身坐标系，以精确模拟零件在装车情况下的状态，但是在特殊情况下，如为了方便零件检测，可以旋转零件，但是只允许选择90°的整数倍进行旋转。

R＆R 重复性和再现性：R＆R 重复性和再现性（Repeatability＆Reproducibility）是考查检具检测的稳定性，评价标准如下：①R＆R＜10%，可以接受；②10%≤R＆R≤30%，可能可接受，视被检测件重要程度而定；③R＆R＞30%，不可接受，必须整改。

2 检具的设计

2.1 输入信息

下面以某车型仪表板横梁焊接总成检具设计进行说明。检具设计前需要的输入信息包括产品图纸（见图3），产品图纸需要包含的信息有定位基准、安装情况、检测位置及相关的尺寸公差、位置度等等。

图3 仪表板横梁焊接总成产品图纸

如图3所示，该图纸通过RPS点的形式对上述信息进行了说明。在输入信息完备的情况下，检具设计人员需要了解该总成的检测要求和KPC（关键产品特性）情况，并构想如何实现。

2.2 3D设计

图4 定位机构示意

销尺寸计算：通过阅读产品图纸，该总成的定位基准情况为：左右支架上的平面和孔控制X 向和Z 向，管梁中部圆孔控制Y 向，位置度均为0，考虑尺寸公差，采用最大实体原则，故检具上定位销的直径和理论数模一致。

对于检测销尺寸确定，以该总成中一处孔为例，该孔尺寸要求为φ5.5 ±0.2，位置度为1，采用最大实体原则，直径D=额定孔最小直径-位置度公差，即D=5.5-1=4.5。检测孔尺寸确定，直径D=额定销最大直径+位置度公差。

结构设计：①底板设计。检具底板是整个检具的基础，整个检具的基准坐标设置其上，并且稳定性直接关系到检具的精度，其上需设有起吊环，底面需设计合理的离地高度，方便叉车搬运，台面上刻0.5mm 宽的车身百位基准检测标识线；台面尺寸需保证检具上的翻转机构打开后不落于台面外；②定位系统和检测系统设计。根据产品图纸信息，控制Z 向的主定位采用圆销，控制Y 向的采用两方位的菱形销，控制X 向的销配合塑料套使用，防止检测时划伤零件，见图4；③辅助机构设计。为方便检测，此套检具采用了翻转机构和滑动检测销的结构形式，见图5。

材料选择：为保证精度，同时根据检具各部位的功能特点，该检具选择的材料有铸铝、45 钢、不锈钢。

图5 辅助机构示意

2.3 检具附属文件制作

检具附属文件主要包含检具图纸、检具测量计划书、检具使用说明书三部分。检具图纸包含单件图、分装图和总装图，主要由制造部门使用。检具测量计划书主要由检测人员使用，方便检测人员快速理解检具需检测的部位和精度要求。

检具使用说明书主要由产品检测人员使用，方便检具使用人员快速了解检具的使用方法及相关保养措施。

3 检具制造

检具制造应严格按照主机厂的制造标准进行加工制造，如必须对底板进行失效退火处理，消除内应力，保证底板的平面度、平行度、粗糙度、垂直度等要求；测销检测部分进行淬火处理。

检具的局部表面要按照要求涂漆。检测销在底板上要有合理的摆放位置和标识，末端要有细钢丝绳固定，防止检测销遗失。检具的滑动和翻转机构要能平稳的工作。检具的基准孔要安装防尘盖。

检具组装完毕后，需依据检测计划书进行三坐标检测和调整。

4 总成焊接质量控制

仪表板横梁总成焊接质量与冲压件的质量及焊接总成工艺制定有着密不可分的关系，每一环节控制得当，提供匹配验证的数据就准确、完整。

4.1 冲压件的质量

仪表板横梁上搭载的冲压件数量较多，且每个冲压件都是整车装配件，所以对冲压件的质量要求要高。这些冲压件的精度不仅体现在尺寸、形状上，更体现在孔位间的相对尺寸及孔位与制件搭接面的相对位置上。在冲压件质量控制时，需要严格保证以上精度。

4.2 焊接总成工艺

（1）焊接方法。产品试制过程中，仪表板横梁焊接总成一般是采用CO2气体保护焊，其优点为速度快、成本低、便于操作；缺点为焊接变形大、对操作人员的技能要求比较高。

（2）焊接参数。焊接参数对变形的影响不可忽视，在产品试制过程中，由于产品的品种不同，焊接工艺人员要根据实际情况制定合理的、不同的焊接参数，并且通过试焊来调整，直至产品质量稳定及合格。

（3）焊接顺序。合理的焊接顺序可以使焊接变形互相抵消，反之则互相叠加更为严重。仪表板横梁焊接总成的共性点为在一根管梁上焊接多种零件，焊缝密集且不能规则分布，这使得选择一个合理的焊接顺序至关重要。

选择焊接顺序的原则为：①先焊短的焊缝，然后焊长的焊缝；②采用对称焊接；③对于一个焊缝不对称的零件，先焊焊缝少的一侧，然后焊焊缝多的一侧；④先焊薄焊缝再焊厚焊缝；⑤先焊对接焊缝再焊角焊缝。

（4）预变形。仪表板横梁焊接总成焊接时通常使用专用的焊接夹具，这样的固定措施为刚性固定，能有效的预防焊接变形，但有时由于零件的结构及形状导致虽然按理论数据刚性固定，焊接完毕打开夹具的时候由于残余应力导致零件变形，这时候需要采用预变形的措施，即分析变形趋势后，提前在焊接夹具上进行反方向预变形，这样就能保证焊后零件的尺寸精度。