关于轿车车身精度及稳定性影响因素的研究
姓 名 ：王轶
单 位 ：天津一汽夏利汽车股份有限公司
生产技术部
拟申报职称：高级工程师
字 数 ：4991字
写 作 日 期 ：2010年3月
摘要
车身是汽车的一个重要组成部分，车身精度和稳定性不仅影响所有的内饰件、外饰件、动力系统、操控系统的安装效果，同时也影响车辆的性能、产品的作业时间等问题，车身精度和稳定性的高低是制造高品质车身的基础。
通过这些年的工作，我体会到冲压件的精度和一致性就是车身的精度的基石，车身装焊夹具就是制造车身精度的标尺，焊接操作就是车身精度实行的纽带。就是这几方面影响车身精度和稳定性。在本文中，我根据这些年对车身精度和稳定性的理解，分别说明这三个要素是如何影响的车身精度和稳定性，以及通过如何控制这些要素来提高车身精度和稳定性。
关键字：车身精度及稳定性 冲压件的精度及一致性 装焊夹具 焊接操作
关于轿车车身精度及稳定性影响因素的研究
众所周知，轿车的车身是轿车产品中的重要组成部分。由于现在的大多数轿车都是承载式车身，所有的内饰件、外饰件、动力系统、操控系统都要安装在车身上，因此车身精度及稳定性将对部件的安装效果、车辆的性能、是否有潜在的制造缺陷、作业时间的长短等问题都会产生影响。同时，由于其影响因素多且难于控制，造成各制造厂家的水平也不尽相同。在这里我们就研究一下身精度及稳定性影响因素。
图一
图一表示的是车身焊接时的一个操作的剖面图，从图中我们可以看出，在车身焊接时，冲压件、夹具、操作者、焊钳、焊钳吊挂系统都是其中的重要组成部分，也就是这几部分影响车身的精度及稳定性。
一、冲压件的精度和一致性
冲压件的精度和一致性的高低是制造高精度和高稳定性车身的基石，是影响车身精度的最根本的原因，也是保证高品质汽车的主要因素。
㈠如何影响车身的精度及稳定性
1、车身精度评价的检测位置都是冲压件：
车身精度评价是通过检测体现的。检测时，无论使用检具，还是三坐标，
其检测的位置都是冲压件表面，实际上车身检测也是在检测冲压件，冲压件的精度和一致性的高低是直接决定车身的精度和稳定性。
2、冲压件影响工件搭接的效果和连接尺寸，进而影响车身精度：
车身是由成百上千个冲压件相互连接、组焊形成的，在各件之间都会有贴合面或焊接面，这些面被成为搭接面。工件的尺寸精度就是通过这些搭接面传递形成车身的尺寸精度。冲压件在搭建面的精度直接影响车身的精度。
下面，我们就用一个简单的例子来说明这一问题。在这一例子的讨论中，我们假设夹具定位、加紧的数量充足、位置布置合理，且精度准确。图二所示是两个槽型件搭接的断面图，在工件A 、B 准确、精度合格时，焊后的分总成检测中，检测点m 相对基准点j 、k 的X 尺寸准确，检测点n 相对基准点j 、k 的Y 尺寸准确。
图二
图三所示（请见下页），工件B 的精度出现问题，搭接面的X 向尺寸整体偏小，在夹具定位时，两件的搭接面出现间隙，在焊接时两工件的弹性变形弥补了两件之间的间隙，夹具打开后两工件的弹性变形恢复，检测点m 相对基准点j 、k 的X 尺寸偏小，分总成的精度出现错误。
图四所示（请见下页），工件B 的精度出现问题，搭接面的X 向尺寸不均匀的偏小，在夹具定位时，两件的搭接面部分位置出现间隙，在焊接时两工件的弹性变形弥补了两件之间的间隙，夹具打开后两工件的弹性变形恢复，检测点m 相对基准点j 、k 的X 尺寸偏小，同时检测点n 相对基准点j 、k 的Y 尺寸也现错误，工件B 整体绕Z 轴翻转，分总成的精度出现错误。
图四 图三
从这些例子可以看出，由工件搭接形成的车身尺寸的精度是由夹具和工件搭接面的精度共同决定的。某一工件精度出现问题，其组成的分总成精度会出现问题，进而影响车身精度，这是工件精度直接影响车身精度。另外，在工件精度不足时，工件之间的间隙或干涉可以在焊接时通过工件的塑性变形被减弱，可能不会影响到下一级分总成的精度，但工件变形势必造成分总成的应力增加，这一应力将被带入下一级分总成以及车身上，将影响车身精度的稳定性。
3、工件的冲压缺陷影响工件的定位精度
冲压件的主要缺陷有：翻边不良、冲裂、回弹、褶皱及毛刺等。如果这些缺陷出现的位置正是夹具的定位销或定位面的位置，那么工件在夹具上的整体的定位状态将发生错误，焊接后的分总成状态势必不正确，进而影响车身精度。
4、冲压件一致性影响车身稳定性：
工件的回弹、模具精度不足、板料性能变化、冲裁压力不足、作业方式不
良等问题，都将引起冲压件的制造误差，在大批量生产时，同一种工件的不同误差，产生了同一种工件的一致性的变化。工件一致性越差，多个同种工件之间的误差值的变化范围越大，这样造成的车身的精度变化比较大，使车身的精度稳定性降低。同其他加工件一样，为了规定误差的允许范围，冲压件也有一定的公差要求，工件的面精度公差一般是±0.5mm ，分总成的公差从±
0.7~1.5mm不等，按照级别的不同，级别越高，公差值越大。但即使有了公差，仍然要求冲压件的一致性尽量高。
为了保证冲压件的精度和一致性，还必须完善车身冲压件的验具和检测手段，以描述冲压件的精度状态。
㈡提高车身冲压件几何精度的途径和方法
车身作为一种空间曲面的板金属结构可以划分为三种尺寸类型。 ①车身零件的外形尺寸：是指拉延成型车身零件的曲面或曲面的形状区段的尺寸。
②车身内部的相关尺寸：是指车身装焊总成范围内所有组成的零件、组合件、部件之间的相互关系尺寸，相关尺寸往往是反映一组冲压件间的装配位置尺寸。
③车身外部的相关尺寸：这类尺寸通常是指在平面上的孔类、轴类位置尺寸，它不具有空间曲线、曲面的性质，而且这时零件刚性较大，这类尺寸应该作为夹具的定位基准。
为了进一步提高和保证车身装焊的几何精度，应该采用以下方法和途径改进车身冲压零件的形状尺寸。
1、产品结构的控制：
①简化产品结构，降低冲压工艺难度，提高工件的成形性和稳定性。
②减少组合尺寸：在冲压可能的前提下，应尽可能减少车身零件的分块，减少零部件的数量，采用整体冲压工艺，其典型的例子如“整体门框”“整体侧围”等，这样可以减少车身的相关尺寸，提高车身精度和稳定性。
③在工件现有结构不利于工件定位时，为工件定位设置专用的定位孔和定位面，提高工件的在夹具定位时的重复定位的精度，进而提高车身的精度稳定性。
④为工件增加必要的拉伸筋，用于收料和提高工件的强度，提高工件在大批量生产时的一致性。
2、模具精度的保证：
①模具精度直接影响冲压件的精度。
②模具的材质使用耐磨性较高的材料，提高模具的耐磨性，保证模具在大
批量生产时的耐用性和制件稳定性
③在进行大批量生产时，要定期进行模具维护，并且在模具维护后进行冲压件的检测，以保证冲压件的一致性
3、冲压机床的保证：
由于冲压机床在长时间的使用后，各机床之间的动、定滑块的平面度和平行度都不相同，因此各模具在制件时，尽量使用相同的机床；其模具在冲压机床中的摆放位置、摆放的方向尽量一致，以使模具的平行度尽量一致。这样可以提高冲压件的稳定性。
4、板材的影响：
每批钢板具有不同的拉伸性能，不同的拉伸性能造成不同的冲压件精度，因此在钢板使用前，应先检测其性能，根据不同的性能用于不同的工件。
㈢冲压件修整时需考虑的原则
在几个冲压件误差没有超出公差范围或精度符合要求时（一般是90%以
上），工件间搭接后在分总成上产生的积累误差也会大于分总成的精度要求。例如在图三所示的例子中，当工件A 、B 的误差值都是+0.4mm,焊接后分总成的精度将达到+0.8mm，超出0.7mm 的分总成误差要求。因此，需要对工件的精度进行分析进行修正，我们将这一修正过程的方法称为“实物搭接”，是在搭接检具或原始状态的夹具上，通过工件匹配状态和各工件精度，确定工件的修整量，制定修整量应遵循以下3三条原则：
①修整单件精度超差的工件。
②修整小件或对整车精度影响小的工件。
③修整模具易于修改的工件。
二、装焊夹具对车身精度的影响
车身的装焊实际上就是将厚度0.7~2.5mm左右的薄板冲压零件放入各相应的焊接夹具中进行焊接，是由装焊夹具控制装配精度和焊接变形量，如果说冲压件是车身精度的基础，那装焊夹具就是车身各工件连接的标尺，装焊夹具的精度和稳定性影响车身精度和稳定性。我们从以下几方面研究夹具。
1、装焊夹具的精度
汽车工件之间的尺寸连接是三维尺寸的连接，有时还有曲面连接，对车身精度的要求是指在空间三座标系中的要求，因此从保证车身精度的角度出发，每个总成或分总成都应用装焊夹具保证其装焊尺寸和控制变形量。同时装焊夹具的精度都应比车身的精度要高，一般定为销的位置精度一般在±0.1mm, 定位面的位置精度±0.2mm 。
2、装焊夹具的刚性
夹具的刚性代表夹具上每个工件定位点的稳定性。装焊夹具除了和其它胎夹具一样受有同样的作用外力外，还承受着较大的焊接伸缩应力，夹具的刚性低就无法抵抗这些应力，会引起定位点的摆动，而定位点的位置精度要求在±0.1或0.2mm ，一旦出现摆动定位点的误差将大于位置精度的要求，造成夹具的精度在瞬时不合格，在大批量生产时，将造成夹具精度的不稳定，以及车身精度的不稳定。
夹具的刚性主要取决于夹具各元件的剖面形状和尺寸，夹具各元件剖面的形状和尺寸大小的选择是十分重要的，但夹具本身是一个多次静不定结构，载荷情况比较复杂，除了车身总成和大的部件及梁架等大型夹具外，多为中小型夹具，一般依据类比法确定。
3、装焊夹具的设计要点
⑴夹具基准的设置：根据基准统一原则，装焊夹具的设计基准应与车身的设计基准保持一致，使用空间座标系Ｘ、Ｙ、Ｚ间距为２００ｍｍ的网格线作基准，便于日后的管理维护。
⑵夹具定位点的设计要点：
车身冲压件的定位实际上就是柔性件的6自由度的约束问题，定位点设置时，使用定位销结合主、辅定位面的方式定位。
①定位销：
● 最低设两处基准孔用圆销或菱销定位。无刚性的制件可以用圆销和圆
销。
● 定位孔插入方向和冲压方向不同时
（如图五），θ≤5。使用锥销；θ>5。使用直销。
● 定位孔要在同一序加工。
● 定位孔间距取制件最大全长的2/3以上，最少要确保1/2以上。
②定位面：
●
●
●
● 定位面使用平面，不使用曲面，2次成形部位原则上不设定位面。 定位面避开收料放料部位。 定位面的附近和定位面的之间不能因制品件自重而变形。 装焊夹具使用的定位面应该与冲压管理面、冲压件检具基准面、装焊
分总成检具基准面保持一致。
● 在小分总成→大分总成→车身的制造过程中，定位销、面应逐级继
承，不应在下一级出现上一级没有用过的定位销、面。保证定位点的
一致。
③ 辅助定位面：
由于工件搭接不良和加压冲击力，使冲压件形状遭到破坏，防止工件偏差变形而使用的基准就是辅助定位面，原则上是调整式且各夹具间不必要统一。
④夹紧面：
在点焊工件时，为了在工件某些部位焊出符合工艺规程要求的焊点，在使被焊工件处于正确的位置后，由于在焊接过程中受到重力、焊接力、振动等作用，还需将被焊工件在焊接时保持原来确定的正确位置，对被焊工件进行合理的夹紧。夹紧时应注意不应破坏工件在定位时所得到的正确位置，同时夹紧应可靠、适当，既要使工件在焊接过程中不发生移动、振动，又不使工件产生过大变形，从而保证汽车车身精度。
4、装焊夹具的日常维护
装焊夹具在使用时需要的精度比较，同时使用的环境又比较差，因此，日常维护就比较重要，除进行每天的夹具清洁工作，保证定位点没有焊渣、灰尘、损伤外，还需要定期使用检测设备对夹具进行抽检，以确定夹具是否需要维修和精度恢复。
三、操作对车身精度和稳定性的影响
1、焊接操作的影响：在车身生产过程中，实现各冲压件合成分总成或车身是通过焊点完成的，焊点又是由变压器、电缆、焊钳、焊钳吊挂系统、操作者等一系列的设备人员共同完成的。图六所示的就是正确操作时焊点的形成时的状态，电极压力方向与工件表面垂直，焊接后分总成的检测孔能够保持同心，工件M 、N 不会发生水平方向的移动。
焊接时的状态 焊接后的分总成状态
图六
图七所示的就是错误操作时焊点的形成时的状态，电极压力方向与工件表面不垂直，对工件产生侧向分力，焊接后分总成的检测孔无法保持同心，工件M 、N 发生水平方向的移动。
焊接后的分总成状态 图七
在焊点形成的过程中，各因素的影响及控制方法如下：
①焊钳的影响：上下电极的对正与否、电极头的球面效果、焊钳的操作是否到位都是具体影响因素，这些问题需要在作业现场由人工控制。
②人员操作： 影响的主观因素，只有通过人员培训、现场的检查，提高作业正确性。
③变压器、电缆的位置是否正确影响作业的操作范围，需要在前期安装调制阶段调整到最佳状态。
④焊接吊挂系统是保证焊钳操作的主要因素，同时也会限制焊钳的作业范围和角度。因此在前期安装调制阶段要注意对这一部分的调整，可以使用非标焊钳吊挂、有经验的操作人员试用等方法将吊挂系统的使用性提高。
2、装焊生产现场的其他影响因素：
在车身生产过程中，影响车身装焊几何精度的各种因素中，人的因素是最主要也是最难控制的因素，生产中运输不当、取拿工件未轻拿轻放、不合快卡、工件落地、点焊顺序不对、车调装调不当等都将对车身几何精度造成影响，因此车身生产过程中必须保证操作的正确及采用合理的工艺。
以上，就是我对车身精度及稳定性控制的一些认识。应该说，我们需要在前期的模具、夹具的制造、焊接设备的安装调制，生产过程中的冲压件的精度控制、装焊的现场作业、夹具维护等一系列工作中，努力调高车身精度，控制车身稳定性。
参考文献
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