新能源汽车全铝车身前端模块精度提升研究
2020-10-09刘鑫
刘鑫
摘 要 铝合金是汽车轻量化的首选材料，其综合性价比较高，但铝合金的热膨胀系数大，容易产生焊接变形，影响车身焊接精度。本文运用鱼骨图分析研究了LITE车辆铝合金框架式车身前端焊接变形的影响因素，找到了问题要因，制定了针对性的改善措施，通过更改组件尺寸、工艺路线、增加过程检具和反变形调整提升了前端精度，并采用SPC分析法制定了防再发措施，减少了变形导致的不合格品，降低了返工成本。最终前端常规尺寸符合率从72%提升至了92%，功能尺寸合格率从73%提升至了93%。
关鍵词 轻量化;铝合金;焊接变形;精度提升
前言
（1）案例背景
随着人们对环保的要求越来越高，新能源汽车已成为大众购车的首选，新能源汽车的市场保有量逐年递增。但新能源汽车与传统汽车不同，动力电池重量就达到了数百公斤，占了整体重量的很大一部分，轻量化成为新能源汽车发展的迫切要求。轻量化的材料应用是汽车实现轻量化的最基础手段，在这些材料中，铝合金材料综合性价比要高于钢、镁、塑料和复合材料，无论应用技术还是运行安全性及循环再生利用都具有比较优势，所以铝合金在汽车制造生产中得到了广泛的应用[1]。但铝合金的热膨胀系数大，为碳钢的2倍[2]，凝固时的体积收缩率达6.5%～6.6%，容易产生焊接变形，影响车身焊接精度。如果工件变形过大，还有可能造成无法矫正而成为废品[3]。
通过研究LITE车辆铝合金框架式车身的焊接精度，发现前端模块的焊接精度是影响整车精度的关键因素。本研究将分析影响铝合金车身前端精度的原因，寻求解决方案，提升前端精度。目前车身前端常规尺寸符合率为72%，功能尺寸合格率为73%。通过研究，将前端常规和功能尺寸符合率均提升至90%以上。
（2）问题提出及目标设定。项目目标：将前端常规和功能尺寸符合率均提升至90%以上。
1解决方案及改善效果
1.1 问题原因分析
（1）问题现状。对初调阶段的车身前端尺寸进行CMM测量，前端总成共246个测点，目前66个测点出现异常情况，车身常规尺寸符合率为72%，功能尺寸合格率为73%。
（2）原因分析。由CMM测点图发现车身前端总成X、Y、Z三个方向精度均有突变，初步分析为前端总成焊接工位主定位发生异变。经过验证发现，前端总成夹具测量OK，因而为前端总成主定位发生偏差。经过检具测量，发现前端总成中底部骨架偏差较大，存在变形。由此锁定前端精度不良的要因为底部骨架精度不良。
针对底部骨架的精度不良产生的原因运用鱼骨图进行分析，从人、机、料、法、环、测6个方面进行问题原因分析，如图2。通过分析，确定①组件之间配合间隙大，导致零件焊接变形收缩量大;②焊缝设计过多，导致焊接变形量大;③未采取过程检具控制;④零件开口设计，易产生焊接热变形这四个原因为要因。
1.2 改善措施和方案制定
针对4项要因，制定了改善措施。
（1）更改组件尺寸，缩小配合间隙。
（2）更改工艺路线，将密集的焊缝分散到多个工位。
（3）增加过程检具，进行100%测量。
（4）针对稳定变形，进行反变形调整。
1.3 防止再发措施
（1）通过对改善后的前端总成偏差数据进行SPC分析，明确每25组数据进行SPC分析，防止过程变异。
（2）制定《焊装检具管理标准》，明确分总成抽检频次，将结果记录在《焊装检具检查记录表》。
2改善效果
（1）经过第一个阶段为时3个月的设备调试及精度提升，对目前车身前端尺寸进行CMM测量，车身常规尺寸符合率达到92%，功能尺寸合格率达到为93%。
（2）有效减少了不合格品，前端总成报废率从0.5%降低到0.1%。
（3）降低返工成本，底部骨架在线返工时间1小时/台，按照工时费用100元/小时计算，降低返工费用100元/台。
3案例总结
本研究通过分析影响LITE铝框架车身前端焊接精度的关键要素，探索焊接变形的解决方法和预防措施，减少变形导致的不合格品，降低返工成本。
前端焊接变形的主要解决方法如下：
（1）更改组件尺寸，缩小配合间隙。
（2）更改工艺路线，将密集的焊缝分散到多个工位。
（3）增加过程检具，进行100%测量。
（4）针对稳定变形对夹具进行反变形调整。
参考文献
[1] 李有东，杨培杰.铝合金在汽车上的应用及前景分析[J].上海汽车，2000（4）：28-30.
[2] Wang X，Gou G，Zhao J，et al.Land usage and develop-ment in high-speed train stations and its traffic impact analysis[J]. Advanced Materials Research，2011（1）：1594-1597.
[3] 郑义宾，侯彬.浅析H型钢的焊接变形及其控制和矫正方法[J].金属加工：热加工，2012（14）：321-324.
