车身尺寸精度控制方法研究

郝 江，蔡交华，张旱年，乔得功

(奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241006)

车身尺寸精度控制方法研究

郝 江，蔡交华，张旱年，乔得功

(奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241006)

车身尺寸精度已成为国内外汽车制造企业首要关注的重要指标。车身尺寸精度控制是以3D测量数据为基础的质量控制方法，一般可以通过对车身三坐标测量数据进行分析来寻找偏差源，制定并实施纠正措施，以保证车身尺寸精度及稳定性，提高整车装配精细化及风噪性能，从而满足顾客的感官质量要求。车身尺寸精度偏差产生的因素有以下5个方面：夹具影响、冲压件尺寸偏差、工艺方法、焊接变形及操作的影响等[1]。本文从夹具影响和冲压件尺寸偏差2个主要方面阐述了车身尺寸精度控制方法。

尺寸精度；偏差源；稳定性；偏离程度

车身尺寸偏差是汽车制造企业中普遍存在的质量问题，可直接影响轿车的外观匹配、风噪声和密封性。控制车身的制造偏差主要通过监测车身尺寸状况来实现，对于超差的部分进行分析，必要时对工装进行调整或对零件尺寸进行整改。

1 车身尺寸偏差控制要素鱼刺图

车身尺寸偏差控制要素鱼刺图如图1所示。

图1 鱼刺图

1.1 夹具对车身尺寸精度影响

夹具是保证车身尺寸精度的最重要因素。焊接夹具的作用是用来固定焊接对象，保证焊接零件之间的空间位置，减少焊接变形。夹具主要由定位机构、夹紧机构、气缸和BASE板等构成。夹具的使用、维修和调整等各个环节都存在产生误差的因素。

1.1.1 夹具定位失效影响车身尺寸偏差

夹具定位失效是影响车身尺寸精度最常见的失效方式，车身尺寸发生异常或缓慢变化均可体现在这种失效方式上。一般来说，车身零件生产到一定数量，夹具会发生松动、脱落、断裂及磨损。常见失效部位发生在与板件接触和受力的夹具机构，如焊接夹具定位部件、压紧部件及其他与零件接触、受力部位的限位块等。

针对发生松动、脱落及断裂等失效方式，焊装车间一般通过保养、监察，对夹具进行及时的维修。针对磨损等失效方式，夹具一般通过定期标定及日常定位机构检测来及时进行更换或调整，以保证焊接夹具状态符合要求。

在维修过程中，对于一些定位销和限位块，特别是限位块的安装有时存在很大误差，也会造成车身尺寸偏差的发生。如M1车型前挡板总成焊接夹具，前挡板左/右加强板定位机构为翻转机构，翻转机构长期运动受力，限位块发生磨损、损坏，更换过程中，限位块位置极易发生偏移，翻转机构定位销偏移导致加强板偏差，造成加强板与侧围干涉，从而影响侧围前部整体Y向尺寸。

1.1.2 夹具定位丢失影响车身尺寸稳定

车身批量生产后，由于各种原因会出现冲压件尺寸质量问题。冲压件型面往往比较复杂，短时间内无法修改模具。为保证车身尺寸精度，保障后续生产，焊装车间一般通过调整、改造夹具来解决问题。这种调整只是临时措施和应急方案，冲压件整改合格后，还需要将夹具还原；但是，很多汽车企业为了降低成本，将这种临时措施调整作为永久措施实施下去，造成夹具实际状态偏离了设计要求状态。调整越频繁，车身尺寸越不稳定，一旦后续发生质量问题，为查找问题原因而进行夹具标定时，会造成夹具标定数据无法参考，对问题原因排查造成较大困扰。

1.1.3 夹紧方式不当导致车身尺寸偏差

夹具零件夹紧一般采用气动和手动。采用气动夹具，夹紧端头夹紧力一般>30 kg，夹紧力大，普遍适用于需要精确定位零件的夹具；手动夹紧效力小，仅适用于涂胶限位夹具和手持夹具等定位要求不高的夹具。在汽车生产企业里，气动夹紧力大小根据夹紧部件局部变形及应力实际情况而定，如纵梁等厚板件，应采用直径>50 mm，夹紧力大的气缸，底板等薄板件，可采用夹紧力小的小缸径气缸。

装夹过程中，夹紧顺序也很重要。夹紧顺序应遵循先下后上、先主后次、先大后小的原则。装夹过程中也存在人员操作造成的影响，如操作人员误操作、不按标准作业指导要求操作或者直接弃用夹具定位焊接，造成零件定位不准或压紧不到位等现象，导致车身尺寸偏差，这很大程度上严重影响了车身的装焊质量；因此，要求在设计夹具时，应考虑防错功能。

1.2 冲压件尺寸偏差对车身尺寸精度的影响

冲压件尺寸不合格(即冲压件尺寸偏差超过公差要求)是影响车身尺寸精度最重要的失效方式。冲压件的尺寸偏差主要取决于零件设计水平以及冲压模具的设计和制造水平。当2个板件接头设计为搭接方式时(见图2)[2]，根据实际情况，一部分冲压件尺寸偏差对车身尺寸的影响可以通过夹具调整来纠正；另外很大一部分零件尺寸不合格，特别是冲压件关键尺寸不合格，会对车身尺寸精度产生很大影响。

图2 搭接方式

冲压件不合格影响车身尺寸主要表现在车身三坐标测量数据发生偏差、冲压件与冲压件之间装配间隙大以及总成件之间装配间隙大。使用夹具强行夹紧或使用焊钳气缸压力强行焊接，从表面上看，2件焊接在了一起，实际板件产生了较大变形和应力，对后道装配工序可产生较大影响。例如，M1车型前纵梁后部副车架安装冲孔X向孔偏1 mm，装配无法发现，三坐标测量发现此安装孔偏差与前纵梁后部冲孔偏差方向及偏差值一致，这是零件尺寸偏差在车身尺寸偏差上的直接体现；再如，M2车型前纵梁内板底面型面及翻边反弹，在夹具上装配时发现前纵梁内板翻边与前纵梁后部翻边干涉，导致2件底面搭接间隙为6 mm，直接影响底面安装孔Z向，这是零件匹配不合格在车身尺寸偏差上的体现。

对于不合格板件(自制件、小件)，一般做法是外协件服从自制件，小件服从大件。为了整改零件，经常把符合图样外协冲压件、小尺寸冲压件改成不符合图样，以配合自制冲压件、大尺寸冲压件。这样做零件状态不易控制，偏差就更难控制。

2 车身尺寸精度控制方法

2.1 夹具状态控制

2.1.1 夹具保养、维修及检测

夹具保养和维修主要为车间日常一级保养，其检查内容针对定位机构、夹紧机构等是否松动、缺失和漏气，如发现问题应及时通知维修人员进行维修。

夹具检测主要包括使用便携式测量仪对夹具进行标定，以及使用游标卡对定位销直径进行检测。夹具标定的主要内容是定期对夹具定位销及限位块空间位置进行精准测量，对于偏差量应现场随时纠偏，以保证其准确性。定位销检测主要是定期检测定位销磨损量，确定其是否符合要求，当定位销磨损量>0.3 mm时，需对定位销进行更换。

2.1.2 夹具调整评估

由于夹具制造误差及使用损耗误差，以及冲压件尺寸误差，在车身生产前及过程中一般应对夹具进行调整，以确保夹具状态能满足车身尺寸精度，和夹具与冲压件之间的匹配性。当发现可能会影响到车身后续工序、整车装配工序、外观匹配及车辆性能的关键夹具的定位销和定位块发生偏差及零件之间不匹配时，不能随意调整夹具，应进行评估分析。

2.2 零件匹配验证评估

零件匹配验证评估是通过匹配发现零件尺寸问题，同时对问题分析做出决策的过程[3]。

通过冲压件在检具、夹具上的匹配，分总成件在检具、夹具上的匹配，并根据零件匹配标准(测量公差、匹配间隙要求)和车身尺寸精度，来验证评估零件是否可以被接受和继续生产，严格来说属于零件设计及制造验证的一部分。对于匹配验证发现的问题，零件生产部门必须作出最优决策，来整改零件或工艺方法，以满足质量要求。

2.2.1 零件匹配验证适用阶段和方式

零件匹配验证适用于新品生产启动及批量生产2个阶段，各阶段的验证对象和验证方式如下。

1)新品生产启动阶段。适用于全部冲压件、分总成，冲压件验证在模具供应商处及焊装车间进行，总成件验证在焊装车间进行，验证方式为提前策划冲压件符合率，明确冲压件可接受目标，在完成目标前提下确定抽样冲压件在检具上的匹配符合情况，并将测量匹配数据记录下来。将抽样检测件送至焊装车间开展冲压件和总成件在夹具、检具上的匹配验证。验证完毕，对所有零件出具匹配验证评估报告，针对验证问题点组织专题讨论会进行讨论，并制定整改措施。该阶段目的为评估零件尺寸是否满足质量要求。

2)批量生产阶段。和新品生产启动阶段评估方式基本相同，唯一区别在于批量生产阶段验证对象仅为出现问题的零件。

2.2.2 零件匹配验证工作内容

以下重点介绍新项目启动阶段工作内容。模具开发完成，经过模具厂家抽样合格后，由供应商生产，抽样及封样合格即可开展零件匹配验证。准备工作包括产品图样、GD&T图和基准图。供应商生产冲压件，由匹配小组对冲压件上检具匹配验证，冲压件上检具的尺寸检测数据由匹配验证小组留存，冲压件符合率达标后，零件匹配小组开始对冲压件、分总成件上夹具和检具装配进行验证。如果各零件之间配合良好，则零件无问题；如果配合出现问题，则对零件、夹具用三座标进行检测，查找原因，同时匹配验证小组分析讨论并制定措施，对零件、夹具进行整改，新品阶段开展首轮及复查2轮验证评估。

批量生产发现问题，可根据封样件数据判定零件状态，快速排查问题点，从而解决问题。如果零件状态发生变化，可以按照新品验证方式验证零件状态，而不需要频繁调整夹具或修改零件，就能使车身尺寸精度保持稳定状态。目前，奇瑞公司从M6及A9新项目开始，将零件匹配验证从之前的生产验证中单独抽取出来，对零件进行重点评估认证，车身尺寸精度得到了很大提升。

3 车身尺寸数据分析处理及改进

目前，所有汽车企业均采用三坐标测量技术对车身尺寸进行测量、监控和评价，从而达到改进与保证产品质量的目的。在评价车身时，不但要考虑合格率，而且要考虑车身尺寸的分布情况；因此，车身尺寸质量评价时常用过程能力指数进行评价，该指数数值越大，说明零件尺寸质量越好[4]。

过程能力指数是表示过程能力满足过程质量标准(公差)要求程度的量值。常用的评价指数有过程能力指数CP、偏移的过程能力指数CPK:

式中，TU为公差上限；TL为公差上限；6σ为过程能力,统计学称6σ为“标准差”， 6σ指标值越小越好，越稳定，一般情况下6σ≤2的稳定性较好，国内外常说的“2mm工程”，即6σ=2 mm，并非指公差为±2 mm。6σ小，说明波动小，反之说明波动大。

CP数值越大，表示数据整体离散度小，车身越稳定。另外有：

式中，M为公差中值中心；μ为实际测量数据均值；T为公差上下限极差；CPK为均值(与公差中心不重合的的偏移的过程能力指数(见图3)。

CPK越大，表示数据均值离公差中值越近，车身越准确。

图3 偏移的过程能力指数

对车身尺寸评价时，常按以下标准进行评判：能力指数值<1时，表示过程能力较差，不满足技术标准需要停止制造，进行改进；过程能力指数≥1时，表示过程能力充足，可以满足生产要求。

分析时引入过程能力指数的主要目的是观察数据的波动情况，考察数据的稳定性，以便找出尺寸改进工作的方向。车身尺寸改进指导思路为先把不稳定、不合格的尺寸整改稳定(目标：CP≥1)，再把稳定、不合格的尺寸通过夹具调整、改造，或者冲压件整改将车身尺寸数据调整到公差范围之内(目标：CPK≥1，CP≥1)，如图4所示。

图4 车身尺寸改进指导思路

4 结语

本文主要论述了车身尺寸偏差客观性影响因素，并指出要得到好的车身尺寸精度，应从夹具制造、使用、维护、冲压件的尺寸保证和验证等环节进行控制；同时，对数据进行监控和分析处理，可有效解决生产中出现的车身质量问题，保证对后道工序无影响，并减少对用户的影响。

[1] 李蕴泽.乘用车独立车架焊装精度控制[J].汽车与配件，2009(35)：32-34.

[2] 张媛媛.车身柔性虚拟装配偏差模拟分析[J].机械设计与研究，2009(3)：90-93.

[3] 陈晓华.RPS在车身精度设计上的应用[J].汽车技术，2006(8)：18-21.

[4] 俞吉长.车身零件PPAP中的尺寸质量评价方法[J].机械制造，2006(4)：67-70.

责任编辑李思文

ResearchonControlMethodofBIWDimensionalAccuracy

HAO Jiang，CAI Jiaohua，ZHANG Hannian，QIAO Degong

(Chery Automobile Co., Ltd.，Wuhu 241006, China)

Based on CMM data, the control method of BIW dimensional accuracy is part of the quality control system. This paper analyzed the data to look for deviations, and then provided effective measures of quality control, so that guaranteed the quality of dimensional precision and improving assembly accuracy. The main reason was the fixture locating errors, the parts variation, the welding deformation, effect of artificial factor, and etc. . The control method of BIW dimensional accuracy was described from the fixture locating errors and the parts variation in the paper.

dimensional accuracy, deviation, stability, deviation degree

TH 16

：A

郝江(1983-)，男，主管工艺师，主要从事车身工艺、车身焊接、车身测量技术和车身匹配等方面的研究。

2014-10-21