1、車身件尺寸控制技術應用研究上海拖拉機內燃機有限公司 褚衛東（主審論文）摘要：現代汽車大多為承載式車身，底盤、發動機、變速箱等關鍵總成均直接安裝在車身上，安裝這些動力總成的車身前后縱梁等總成尺寸必須精準且穩定，實際生產中，影響車身件尺寸的因素非常多，有效的產品設計控制、工裝設計控制、工藝設計控制、尺寸測量等技術可以較好地控制零件尺寸質量。關鍵字： 車身件 尺寸控制 前言現代汽車大多為承載式車身，底盤、發動機、變速箱等關鍵總成均直接安裝在車身上，這就要求安裝這些動力總成的車身前后縱梁等總成尺寸必須精準且穩定，如何控制實際生產中影響尺寸精度及穩定性的因素非常重要。本文就產品設計控制、工裝設計控制、工

2、藝設計控制、尺寸測量等方面對車身件尺寸控制進行研究闡述，以達到有效控制車身件尺寸質量的目的。正文一 車身件尺寸要求。 20世紀90年代初，豐田汽車車身制造提出將車身尺寸的CII指數控制在2MM之內，并形成提高車身尺寸的產品設計、工藝工裝控制、生產過程控制的體系，提高了車身質量、提高了產品競爭力，美國GM汽車等公司在此基礎上逐步開展了“2MM工程計劃”，2mm工程在車身制造領域的應用已被認為是汽車制造企業是否在車身尺寸控制方面達到國際先進水平的衡量標準，實際情況是隨著整車廠高效率生產的要求，允許的尺寸偏差越來越小，尺寸合格率越來越高，增加了針對關鍵總成裝配的硬點合格率100%合格的要求。表一:某

3、主機廠車身件尺寸要求趨勢尺寸項目1999年W-CAR2000年S-CAR2004年L-CAR2008年E-CAR2009年D-CAR2010年3082012年E182012年G60匹配面±0.9±0.7±0.7±0.9±0.7±0.7±0.9±0.5匹配孔±0.9±0.7±0.7±0.9±0.7±0.7±0.9±0.5硬點 （100%合格）N/AN/AN/AN/AN/AN/A±0.7±0.5 我們以車身件中最典型零件

4、前縱梁總成為例,其上部安裝發動機支架及變速箱支架，下部安裝前懸架支架，前部安裝前保險杠，中部匹配前圍板，后部匹配前地板及側圍A柱等等，其中發動機支架、變速箱支架、前懸架支架等安裝點結構剛性很強（俗稱硬點），尺寸超差將導致無法安裝，所以對尺寸精度及波動要求很高，要求尺寸100%合格及尺寸波動在1/3公差帶之內。圖（1）：車身件前縱梁總成主要安裝匹配要求零件尺寸質量評價時常用過程能力指數進行評價，該指數數值越大， 過程能力指數是表示過程能力滿足過程質量標準（公差、工序質量規格）要求程度的量值。常用的過程能力指數有Cp、 Cpk、 Cpm，以SGM為例，尺寸要求為： Cpk>1.67時，顧客滿

5、意。1.33 Cpk 1.67時，顧客基本滿意，生產件批準后，從開始生產后需保證Cpk >1.33 。Cpk <1.33時，必須優先進行過程改進并形成糾正措施，直到Cpk >1.33 。 要提高過程能力指數Cpk，需要： 提高精度，實際超差平均值盡可能位于規范區間的中央（設計規范名義值，一般為零），通常關于尺寸精度質量常用有車身幾何質量指數（IQG值）和尺寸符合率（DAR）控制。減小波動，應使每組測量數據的極差盡可能小，趨向于零，車身尺寸的穩定性進行目前可用6符合率或穩定性符合率這一指標來衡量，越小越好，（著名的2mm工程即：6 2mm）。 二車身件尺寸控制技術。 影響車身件

6、尺寸精度及波動的因素非常多，通過多年對提高尺寸合格率及穩定性的研究，梳理產品零件、工裝、尺寸的關系，形成了基于三歸零技術的尺寸控制體系，不斷優化產品、工裝、工藝要求及控制實物質量，可較好地提升尺寸精度及穩定性，我們需要對以下方面進行控制：設計控制：主要有特殊特性控制、MCPR控制、孔徑公差控制等。特殊特性控制要求對客戶產品進行特殊特性分析，識別尺寸硬點、重要匹配尺寸，編制特殊特性清單，將這些重要尺寸落實到模具、檢具、焊接夾具工藝及工裝設計中。MCPR控制是指為確保總成零件符合圖紙要求及車身實際裝配需求，根據零件在總成中的匹配關系及總成在車身的裝配情況制定匹配（MC）要求，對客戶產品進行匹配分析

7、，對重要匹配區域進行公差分配，形成一定匹配間隙，避免焊接匹配干涉。 圖（2）MCPR設計控制孔徑公差控制是指對客戶產品孔徑進行梳理控制，統一模具、夾具、檢具定位孔、檢測孔、凸焊孔、裝配孔孔徑，形成沖壓件檢具控制模具生產的沖壓件尺寸，總成檢具控制焊接夾具生產的總成件尺寸的尺寸控制關系，焊接完成后的總成能順利在總成檢具上進行檢測。 工裝控制：主要有模具控制、夾具控制、檢具控制等。模具控制要求首先是在模具設計階段即體現產品設計公差分配要求，在模具設計及數控加工中充分考慮偏差方向及回彈因素，這樣可以提高沖壓件首次出件的尺寸合格率、減少修模次數、縮短修模/焊接夾具的調整周期，快速達到焊接后總成尺寸在公差

8、內及波動小的要求，可以采用的技術有:前期CAE分析、后期的樣件白光掃描對比，全面對比樣件與CAE分析的符合率，快速修訂CAE及CAM數據，及時修改模具，快速提高沖壓件尺寸合格率，改善總成匹配；其次模具設計及制造時在控制制造成本的同時必須考慮零件尺寸穩定性，可以采用的方法有盡量采用多工位及級進模自動沖壓工藝，提高模具剛性、材料及熱處理等級、增加模具表面TD處理，優化型面與孔位沖壓關系確保基準一致性、模內增加氮氣缸穩定沖壓工藝條件、提高模具型面研合率等，確保沖壓生產過程型面與孔位的穩定。圖（3）成型CAE分析與實際掃描結果對比夾具控制要求工裝定位精度高，偏差在零位附近；工裝穩定性要高，波動在零位附

9、近。焊接夾具評審要關注工裝精度， 車身件供應商夾具控制精度要大于主機廠精度。表二: 夾具控制精度要求控制要求(MM)主機廠公差供應商要求公差主機廠磨損極限供應商磨損極限定位面±0.10±0.050.30.3定位銷（4+4定位）-0.15-0.05-0.10-0.05-0.25-0.20焊接工裝結構要提高定位精度、生產穩定性。 圖（4）提高焊接工裝精度及穩定性車身件批量生產時，穩定性比準確性更重要，在焊接夾具評審時一定要對定位穩定性的要素如型板厚度、主定位銷方式、主定位銷連接剛性、夾緊工作比等做重點評審，確保所有結構滿足大批量高承載力的焊接要求、定位穩定可靠，波動最小。在夾具

10、驗收時，除了常規動態及靜態驗收，還要做穩定性驗收，利用對工裝定位基準重復性精度驗收的方法（Drill Panel）來評估，通過零件在工裝上定位加緊后鉆孔進行重復測量的方法評估工裝定位基準的重復性精度，評估人員操作對重復性的影響，評估焊接過程的尺寸波動。一般要求波動不能大于1MM，對于關鍵尺寸配合面，波動不能大于0.5MM，關于提高焊接尺寸穩定性還可以在關鍵焊接工裝上增加零件到位檢測傳感器控制零件裝配尺寸質量。檢具控制要求能對車身件總成的所有圖紙尺寸進行精確測量，對于硬點及高關注匹配點（PMP）點，要求測量數據精確到0.02MM，檢具在設計及制造時也要同步控制精度及穩定性，對精度的驗收采用高精度

11、的CMM進行，與夾具控制精度原則類似，車身件檢具的控制精度要求高于主機廠的精度要求，對穩定性的驗收采用MSA分析來進行，確保檢具工藝能力指數CPK值要大于1.67。PMP測點硬點測點型面測點孔位測點圖（5）檢具的一般測量要求工藝控制：主要有焊點次序設計、焊接示教工藝等。對于車身件總成，一般分布大量的焊點，無任如何優化，零件之間的匹配最終仍存在干涉及間隙，外加焊接過程本身存在熱變形，所以焊接后尺寸肯定存在變化，為讓焊接變形更小，必須合理設計焊點或焊縫焊接次序，一般要求，點焊過程要求焊接時零件在夾具上先沉到低、再消間隙、后封尺寸的工藝次序，如圖（6）所示，典型的U形匹配件，點焊打點次序應為先打底面

12、1處的點，消除底部間隙，減少側面和翻邊的間隙，再打兩側2、3、4、5處的點，消除兩側間隙，最后打翻邊6和7處的點，這樣做可以做到不會因焊接次序不對而產生應力變形，零件才可歸零。在如圖（7）所示，典型的前縱梁內外板拼焊，打點次序應為先打中間點1、2、3、4，再分別由中心向外側點焊，這樣可以消除零件匹配間隙產生的點焊應力變形，控制零件點焊變形扭轉。 圖（6）正確焊接次序 圖（7）正確焊接次序 車身件機器人CO2焊接同樣遵循焊接變形最小焊縫質量最好的工藝，采用中心向兩邊點定，中心向兩邊交替焊接的工藝控制焊接變形。在機器人焊接仿真示教過程中必須嚴格按正確的焊接次序進行仿真機示教，確保焊槍電極與工件垂直

13、，減少焊接變形。但有時為了獲得良好的匹配尺寸，可以在一定角度內調整焊接姿態，利用機器人焊槍適當調整電極扭曲角度或空打工件進行微量整形，達到提高尺寸合格率、修正焊接變形的目的。生產控制：主要有沖壓生產控制、焊接生產控制、日常測量控制。在沖壓原材料采購控制時盡量采購中間性能的材料，并對材料性能變化范圍在技術協議內進行規定。在模具設計制造完成后，在生產過程中需要對關鍵要素進行控制，首先要確保沖壓設備及原材料與模具驗收時的一致性，確保生產設備關鍵要素如機臺平面度、氣墊高度等指標在允許范圍之內，減少機臺差異、材料差異導致的零件尺寸變化，在模具批產終驗收時確保與模具廠驗收封樣件尺寸一致，并針對同牌號不同批

14、次材料進行多次試模及調整，確保模具適應一定范圍材料性能變化，對于材料性能變化較大時，必須適當調整沖壓工藝參數，努力減少沖壓件尺寸的變化。車身件焊接生產從尺寸穩定性出發，大多采用機器人焊接，但必須注意以下幾個關鍵因素：規范現場的機器人點焊示教動作，采用電極修磨補償技術確保機器人點焊補償距離恒定，采用機器人焊槍電極對中檢查技術確保電極對中等，只有有效控制焊接生產尺寸變化點因素，才能使尺寸變化控制在最小狀態。在日常測量過程中，一般采用檢具測量控制及CMM測量控制，一旦發現尺寸超差報警，應及時分析制造過程中所產生的尺寸問題，做出相應的措施及跟蹤，從而能夠穩定地控制車身的功能尺寸狀態。圖（8）尺寸測量監

15、控三尺寸控制技術趨勢。為了更好實時精確地進行車身件尺寸控制，最新的技術已不斷開發出來并在各主機廠及零部件廠應用，目前前沿的有機器人激光在線檢測技術、視覺檢測等，可以及時進行尺寸測量機零件狀態測量，并且通過網絡實時將測量數據匯總到主機廠，第一時間進行尺寸分析報警，從而更好控制整車車身尺寸。圖（9）機器人激光測量 圖（10）機器人視覺檢測 其它還有在車身件上還可以在關鍵夾具工裝上設計型面及孔位自動測量系統，通過過程控制來提高總成的最終尺寸精度及穩定性。圖（11）焊接工裝過程型面及孔位自動測量結束語：完美的車身尺寸是由一個個高精度及高穩定性的車身總成零件組成的，車身件的尺寸控制是個系統的工程，有效的產品設計控制、工裝設計控