李文勇 李冠华 盛国鹏
长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心河北保定071000
摘要 本文主要讨论为通过产品定位基准选择、工艺规划、夹具设计、运用系统思维模式的具体事例，解决长城某款产品影响焊接质量及自动化焊接问题，提升非承载式底盘车架精度品质，尝试的一种新工艺、新机构及系统思维解决问题模式。
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关键词 基准设计；工艺规划；液压系统；系统思维分析
车架精度品质提升，主要是针对非承载边梁式车架总成从产品设计初期到SOP 产品精度合格率达到95%，在基准设计、工艺规划、夹具设计预防、产品过程调试、过程管控等方面的系统分析。
焊接工艺既是一个装配工艺过程，又是一个复杂的冶金过程、热处理过程和焊接变形与应力的产生过程。它相对于冲压工艺、装配工艺、涂装工艺受外部及自身影响因素较多，且因部件结构的不同、工艺规划的不同、焊接热量输入的不同、外部环境的不同、工装夹具定位设计的不同等等所产生的结果也不同，因此焊接工艺相对于其他工艺规律性、可控性方面差距较大。
预防、减少或消除焊接变形可以从设计和工艺上来解决,设计上如果考虑减小焊接变形，往往比单纯从工艺上来解决问题方便得多。相反地，如果设计考虑不周，则往往给生产带来许多额外的工序，大大延长生产周期，提高产品成本。因此，除了要研究工艺措施外，还必须重视设计措施。
问题描述：长城某款车型车架焊接线，其产品是由两根纵梁和九根横梁焊合而成的闭合式构架。车架总长约5000mm, 外宽约1200mm，焊接制件总数量约185 种，总焊缝长度约12000mm，最大型腔约175伊125mm，最小型腔70伊30mm，型腔纵深最大约350mm，尺寸公差要求最高依1mm、最低依2mm，总重约250kg。面对整体如此庞大、结构复杂、精度要求高的车架焊接总成产品，制定合理的定位基准、焊接工艺路线、工装夹具压紧机构的分布及强度保证力、产品过程调试问题真因的追查、焊接变形的快速有效匹配、过程管控的有效控制等，是保证车架焊接总成品质精度的基本条件。
1 工艺规划
1.1 借鉴前期某款车架总成焊接工艺经验此焊接工艺为前后段焊接成总成后再总拼的形式，此工艺方式产生车架前段焊接总成后端开口尺寸变差，车架后段焊接总成前端开口尺寸变差，将车架前段总成和车架后段总成利用纵梁中段连接起来存在整体扭曲及前后段各部件尺寸变差问题，综上工艺体现出过程变差较多，且不易控制的缺点。
1.2 新规划工艺摒弃前期某款车架总成的焊接工艺理念，以车架纵梁前中后段焊接成总成和横梁焊接成总成后再总拼构成整体框架的形式进行焊接，此焊接工艺只存在纵梁总成焊接变形引起的车架总成整体变形，其过程变差减少，另纵梁总成焊接变形可通过产品匹配和整体校形满足产品品质精度。
具体为车架纵梁前段、中段、后段焊接成总成，第一、二、三、四、五、六、七、八横梁和备胎梁分别焊接成总成，在车架总成总拼1 工位将以上纵梁总成和横梁总成进行合装构成车架总成整体骨架，补焊工位对整体骨架进一步巩固，降低整体骨架焊接变形。
2 夹具设计反变形
在夹具设计阶段根据纵梁总成结构在焊接过程中易产生变形特征，为预防、减少或消除纵梁总成焊接变形，在纵梁总成内外板整体扣合工位Z 向采用先进的液压系统以每400mm 一个压紧点减少因焊接变形和扣合变形引起的Z 向整体变形及扭曲；在纵梁总成补焊1 工位根据焊缝布局及焊接变形趋势Y 向采用先进的液压系统，以每400mm 一个压紧点预防因焊接变形引起的车架总成前后段翘起和X 向前后的整体收缩。
纵梁内外板总成扣合焊接夹具和纵梁总成补焊夹具，其立柱下部均增加15mm 预调整垫片，避免反变形调整量大于垫片设计要求厚度5mm后需重新加工，而提高了整体调试进度。前期设计的液压系统只用于纵梁内外板总成扣合焊接夹具，但通过对纵梁总成焊接姿态及焊道分局分析，Y向必然产生大的焊接变形，因此将液压系统进行分离，纵梁总成补焊1序夹具采用液压系统主要对纵梁总成的Y向进行校形。
3 基准设计
车架焊接总成在焊接生产和检测过程中Y 向尺寸偏差较大，为弥补此缺陷，经多名工程师和外籍专家进行研讨，针对以往车架焊接生产和检测过程主定位基准孔只有4 个（相对应的定位销也是4个）的特征，结合现有车架总成焊接工艺（先固定整体骨架再装配焊接小件），将车架总成前后横梁作为Y 向辅助定位，即前后横梁处各增加了1 个Y 向定位销，以有效控制车架总成焊接和检测过程各部件相对于Y 向基准的变差。
综上车架焊接总成共计6 个基准定位，除传统的车架总成前主定位和后主定位外，在车架总成第八横梁和第二横梁总成分别增加了限制Y 向的基准定位销，以保证车架总成整体周正度及扭曲度。
4 系统思维分析
在与多家投标方进行技术交流阶段，坚持先听取再评价的原则，充分分析工艺方案的优缺点，集中各优点进行总体整合。在夹具式样设计评审阶段，以图纸要求、装配关系、焊接变形趋势为依据，结合车架总成特点进行定位方式、定位机构形式、压紧及限位点合理分布性进行全面评审，共提出、整改问题88 项。夹具3D 数模评审阶段，针对防错、可装配性、夹具强度、定位机构设计合理性、连接机构稳定性、动力系统可实现性等等进行综合评审，共提出、整改问题475 项。产品调试阶段采用系统分析机制对检测数据、工艺装配特性、夹具机构合理性、制件精度、匹配度、产品可优化性等多方面、多维度进行排查。
5 研究总结与展望
在底盘车架焊接总成精度品质不仅与后期调试工作密切相关，更重要的是总结以往的焊接线缺陷，通过前期产品设计、工艺规划、夹具焊接反变形预防、采用新工艺等，本题通过采用新工艺、新机构、以往经验在最短的时间将车架总成精度提升至95%，提高产品市场投入，缩短过程开发时间。
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参考文献:
[1]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工艺出版社,2002.1.