水箱横梁总成结构设计对车身尺寸的影响

胡燕 陈鹏

摘 要：本文简要描述常规乘用车车身水箱横梁结构设计，结合车身制造过程中，水箱横梁上相关安装点尺寸偏差进行分析，对不同结构车身尺寸的偏差正负影响进行比对，整理出不同结构设计尺寸偏差规律。

关键词：结构;封闭;公差;焊接

1 白车身前部结构

从白车身车身结构上，一般情况下将车身前舱模块分成几大部分：左右纵梁轮罩总成、水箱横梁总成、前挡板总成、流水槽总成，以及车身焊接装配零部件左右翼子板、发舱盖总成，前舱设计结构对整车前部外饰部分的装配效果影响非常大，因为不同结构的设计对车身对应安装点的控制要求不同，如果再由于保障车身尺寸安装点的工装设计不充分的情况下，前部各对应的安装点尺寸偏差就很大了，有点偏差达±2mm，甚至更偏超过了±3mm，影响整车感官效果的装配件主要是前保总成、左右前大灯总成、格栅总成等等，这些安装点主要设计在水箱横梁总成上，本文主要按照水箱横梁设计结构的不同，进行分析。

2 水箱橫梁总成设计结构

车身前舱作为主要零部件安装的区域，对应的各安装点精度要求均比较高，

左右前纵梁轮罩安装点的精度影响着前轮各项性能参数，作为影响客户感官的保及大灯的安装点尺寸精度要求也是更高，以使直接能够吸引到客户，保和灯安装点主要设计在水箱横梁总成上，水箱横梁总成一般分成上横梁分总成、下横梁分总成、左竖板分总成、右竖板分总成，中竖板分总成几大部分，水箱横梁总成结构分成封闭和半封闭结构，同时针对左右大灯安装支架总成，结合不同的设计理念有螺栓连接和点焊焊接两种形式，使大灯安装支架和水箱上横梁及纵梁轮罩总成链接一起，目前普遍采用的是螺栓连接形式。

2.1 封闭式水箱横梁总成

封闭式水箱横梁总成结构是将上横梁总成、下横梁总成、左右竖板总成形成一个焊接的封闭环，然后封闭环装总成与左右纵梁轮罩总成实施点焊焊接，最终形成一种四面牢固的车身前部焊接总成，如图1，这种结构在前期车身设计中比较常用，这种结构设计工艺方式简单，全部采用点焊焊接形式，过程中不需要更换调整任何作业工具，封闭水箱横梁总成结合前舱整体封闭式的结构能够对车身尺寸很好的约束，一般情况下左右纵梁轮罩总成焊接反弹问题都比较严重，通过这种封闭式结构，对其Y向反弹过程缺陷进行有效的制约，但是这种结构也有很大的弊端：（1）已经焊接封闭的结构，若出现尺寸的偏差，无法再次进行调整，影响车身尺寸及外饰匹配效果;（2）影响焊装、涂装、总装后续多到工序的作业操作存在，由于封闭环的存在，在进行舱内焊接、喷涂、装配时，作业人员均必须跨越进去，影响作业效率，同时也存在安全隐患，特别是对总装装配前舱线束、膨胀壶、隔热垫、真空助力器等等影响比较明显，作业工时影响15S，此种结构目前已经不再被推荐使用。

2.2 半封闭式水箱横梁总成

半封闭式水箱横梁总成是指将水箱下横梁总成、左竖板总成、右竖板总成实施U型焊接，然后再将水箱上横梁总成实施螺栓连接形成封闭环装结构，同时结合左右竖板端面搭接结构不同，有分成两种形式，一种是实施XZ面贴合焊接或装配的形式，如图2，一种实施YZ面贴合焊接或装配的形式，如图3;这两种形式对焊接的尺寸的影响控制方面不同。

2.2.1 半封闭式水箱横梁XZ面结构

水箱横梁总成与纵梁轮罩总成实施XZ贴合的结构设计时其大灯及前保安装点的尺寸控制难度比较大，纵梁本体一般采用1.5mm厚度ST14钢板成型，拉延深度比较大，成型不到位，出现反弹，导致其尺寸安装点位置偏差不稳定，前期的结构设计多采用这种形式，如下表所示，该结构Y向尺寸控制明显不理想，前大灯如表1统计，安装点第50点的Y向尺寸偏差最大，但是由于安装点Y向受制约纵梁本体的影响，无法进行有效的尺寸调整，严重影响大灯对应位置的安装，会导致匹配效果不良，同时为了满足最终的装配效果，总装模块需要对大灯安装点进行扩孔安装，但是由于扩口会导致出现安装点开裂，最终可能影响大灯灯光效果，不满足装车要求，同时安装点第50点X向尺寸基本受控，在要求的公差范围内，主要原因是在进行工装定位焊接时，可以X正负方向自由的调整，以满足公差设计要求。

2.2.2 半封闭式水箱横梁YZ面结构

水箱横梁总成采用螺栓或者点焊焊接的形式，与左右前纵梁轮罩总成YZ端面进行连接，一般情况下发舱总成焊接时左右前纵梁轮罩总成采用前后各一个定位销，同时采用的是前部为圆销定位，后部采用的X方向的菱形销定位，同时水箱横梁采用一左一右两个定位销定位，仍旧是采用左侧圆销右侧菱形销，再进行纵梁轮罩定位焊接时，其工装能够比较好的保证下部主定位的尺寸，但是由于纵梁本身零部件反弹，和其直接连接的支架安装点就难于保证安装点尺寸，采用YZ端面连接时，为了吸收由于零部件反弹导致Y向尺寸控制问题，以螺栓连接形式威力，主要将端面连接点的安装孔设计为φ9*12Y向腰型孔，对应连接螺栓型号为M8。

如图3所示及表2统计前大灯安装点第36点Y向基本受控，同时第37点Y向安装同样基本受控，水箱横梁左右竖板与前纵梁轮罩总成采用Y向端面螺栓连接，以Y向腰型孔吸收了由于纵梁反弹导致尺寸偏差，同时通过工装定位可以保障水箱横梁上大灯及前保安装的相对位置尺寸，在这里水箱上横梁总成为了确保整车开口尺寸，仍旧是在焊装车间采用螺栓连接的形式，将车身形成一个带有装配环节的封闭环，通过涂装喷涂以及过程装运，将焊接装配产生的内应力释放，总装ZOO1工位上线时将水箱上横梁总成拆卸下来，流转到内饰二阶段水箱安装前道序装配，这样方便内饰一阶段实施前舱隔热垫、前舱线束、膨胀壶以及发动机相关其他附件的安装，节省作业工时。

3 前段模块的设计标准化

随着设计能力不断提升，以及产品设计工程师与工艺规划工程师的深入协作，将工艺过程的作业缺陷及难点进一步在产品设计阶段弥补和规避，前段模块设计理念已经提出有一段时间，各设计机构都在联合工艺技术部门开展此项工作。前端模块就是将包含车身部件，散热器部件、灯具部件以及前保部件集成为独立的单元实施整车装配的形式。模块化的设计主要结合装配工艺要求以及日益变化调整的产品需求，一方面缩短研发与制造周期，增加产品系列，快速应对市场变化，再一个方面就是减少在线作业工时，提升作业效率。水箱横梁结构作为前段模块设计的关键环节，可拆卸封闭环装结构是目前广泛采用的结构形式，主要的作业流程是焊装实施水箱横梁总成焊接，然后在采用螺栓连接的形式以工装定位的方式形成封闭式车身总成，同时涂装喷涂，然后再总装内饰Z001工位拆卸，一些车型采用了前段模块结构的情况下，水箱横梁总成配送至分装区域实施相关附件安装形成前段模块总成，最终在配送至大线实施装配。

4 结语

车身结构设计的最终目的都必须满足装车，但是满足装车关键要素是各个安装点公差控制，不同结构设计的形式对车身尺寸的控制要点大有不同，产品设计必须和工艺设计同步开展，实施GD&T以及RPS设计。