乘用车独立车架焊装精度控制的研究

采用全弧焊连接方式进行独立车架的焊装精度控制，目前在国内尚属陌生领域。本文站在工艺规划角度，从工艺分析、夹具设计和夹具调试三个方面，探讨了规划焊装人员在对焊装车架精度控制的切入点，并介绍了在项目中取得的相关经验,在提高焊装车架精度起到了一定的作用。

汽车由发动机、底盘、车身和电气系统四大部分组成。底盘是构成汽车的基础，它由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统共同构成（见图1）。分别完成传递发动机动力、支承整车重量和实现行走、控制汽车行驶方向以及行驶速度等主要功能。

图1 底盘结构

与普通轿车承载式车身的底盘不同，独立车架作为汽车的承载体，支承着发动机、离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等所有簧上质量的有关部件，并承受着传给它的各种力和力矩。为此，要求车架在设计中应体现足够的弯曲刚度以保证装在车架上的各机构的相对位置不变形或变形最小化，同时还需要有足够的刚度保证其可靠性和寿命。因此，车架的设计必须满足两个主要条件：一是必须使用较厚的钢板，目前为3mm左右；二是必须保证较高的车架精度。

车架的设计形式以及使用钢板的厚度都要求使用弧焊方式连接（现多采用CO_{2焊），而弧焊连接的最大缺点就是变形大，对于同时需要满足精度要求的车架来说，给车架的焊装提出了矛盾的难题。这里结合自身项目，浅谈我公司在独立车架焊装精度控制方面的一点心得。}

影响焊装车架精度因素分析

1. 工艺原因

工艺分析以及对工艺拆分的是否合适，都将直接影响焊接车架最终尺寸精度和调整的可能性。因为工艺分析是从对车型的判断入手，根据车型档次的定位、生产纲领的要求以及消费目标人群等条件综合在一起对其进行工艺拆分以及确定工艺路线等的前期工艺，这部分工作决定了车型焊装生产的基调、自动化程度、生产节拍以及夹具精度的要求等，因此也决定了焊装的层次以及最终的要求。

2. 夹具设计因素

根据工艺分析的结果，把每一序拆出来的零部件用夹具固定起来焊在一起。夹具的设计完全根据工艺拆分的数模进行，因为没有具体的实物，所以在夹具设计中须注意实际工件的尺寸以及夹具在现场具体摆放后员工操作的方便性。

另外，对于车架焊接来说，在夹具设计中，还须考虑焊接变形的影响和车架本身强度很大的问题，这些在夹具设计中也应体现出来。

3. 夹具调试因素

在工艺和夹具设计完成之后，焊装基本定型，但如果夹具调试不合理，也将影响最终焊接车架质量。因为在车架焊接中，全弧焊的连接方式使整个车架的变形量非常大，同时，由于变形之后的车架因强度较高，也会拉动后续增加的工件的位置精度。因此，车架夹具精度的调试不能完全按照轿车车身的思路完全对照设计数模去比对，而应根据实际调试过程中出现的状况进行相应调整和变动。

焊装车架精度控制方法分析

根据经验分析，独立车架的焊装精度在工艺规划阶段需要从以下几个方面加以控制：

1.工艺拆分

作为工艺接手后的第一项工作，工艺拆分的好坏对后期车架精度具有很大的影响。

（1）工艺拆分的层次

必须根据零部件对车架总体精度的影响程度来判定零部件的拆分层次，同时，对于具有相关功能的尺寸件也必须分布在同一层次。

另外，与车身结构不同，车架的结构为两根纵梁再加上六、七根横梁组成本体，所有零部件都依附在纵梁和横梁上。这就要求在进行工艺拆分的时候必须遵循以下两个原则：

一是分清层次，将组成本体大结构的纵梁和横梁列为同一层次，这样可以确保整体车架的稳定性，然后根据影响精度的重要性再将各零部件分成不同层次。

例如，几个车身连接支座最好拆在同一层，并且放在尽量靠近主线结束的地方。因为车身连接支座是车架与车身的连接点，需要控制的不仅仅是每个安装孔的绝对位置，还需要控制所有安装孔之间的相对位置，这样才可以避免在以后总装车身车架时产生偏差（见图2）。

图2 同一序完成所有车身连接支座的上件

二是在分层时应该注意，需要将重要程度相当的零部件尽量分在同一层，并且有相关尺寸需要保证的零部件也需要分布在同一层次，这样可以最大程度地降低因不在同一层次而引起的累积误差。将零部件层次划分完毕以后的分序过程中需注意，纵梁总成与横梁总成组成本体的时候尽量保证横梁能完全定位车架总体形状，这样才能保证车架精度最终的稳定性。nextpage

（2）工序拆解的原则

在将产品的总体层次分开以后，首选必须判定各层次之间的工序位置，之后再根据同一层次零部件之间关系，划分同层次零部件之间的工序位置。

零部件相互间构成功能尺寸的，需要尽量排布在同一工序，以避免功能尺寸受累积误差影响造成后期总装装车困难，影响功能件配合。

此外，依附纵梁和横梁的各重要零部件，应尽可能排布在整线尾部，以避免焊接累积误差对关键件尺寸的影响。

2. 夹具设计

因车架的板厚普遍较厚，同时全弧焊连接散热使工件变形较大，因此在车架夹具设计上应充分考虑以下几个因素：

（1）夹具强度

车架夹具本身必须拥有足够的强度，因为车架冲压件的板料厚度一般都在2.0～4.0mm之间，冲压件成形困难，反弹变形比较大，为保证冲压件在夹具上处于正确的冲压位置，不会影响工件间配合的尺寸精度，要求夹具本身需具有较高的强度，以免拉不动冲压件。

同时，厚板受热后变形量变大，也会拉动压头向工件变形方向运动，这就要求夹具压紧力源需稳定可靠并且具有足够的强度，以抵抗冲压件本身因焊接热量引起的变形力。

例如，base板厚度一般要求在20mm以上，总成夹具base板厚要求不低于30mm，以保证夹具拥有足够的强度。

（2）焊接热量的影响

以一个4.5m×1.8m的梯形边梁式车架为例，整个CO_{2气体保护焊的焊接长度约为60m，以CO2气体保护焊的焊接速度为25m/h进行计算，相当于车架持续受热约2.4h，同时受热部位还遍及了车架的每一个地方。}

实验证明，由于弧焊量太大，整个车架受热太多，车架上的单件和整体的变形量都很大，因此夹具设计中必须充分考虑这个问题，应根据工件的形状以及弧焊的焊接位置和焊接量，提前判断工件变形的方向，在定位相应工件时需要在夹具中预留一定的反变形量。

（3）车架结构

车架主体由两根纵梁和六、七根横梁组成，作为依附于主体的重要安装件，夹具设计过程中一定要考虑对其进行独立定位，即在夹具上定位此件时，必须依靠夹具自身就能完全对工件定位，并且依靠夹具的精度来保证工件的精度，而不是依据车架主体的位置再定位工件，这样就可以有效地避免因车架主体变形而引起的累积误差。

例如发动机安装支架本身的尺寸精度非常高，为了保证发动机安装的角度正确，避免在车辆行驶过程中发动机位置不对导致振动太大而损坏发动机，就需要既保证单个件的尺寸位置精度，也要保证两个发动机安装支架之间的相对位置精度，所以，在设计夹具的时候，可以考虑在同一个夹具上同时定位这两个工件，另外将这两个工件采用独立机构定位，两个工件的精度依靠夹具base板的精度来保证（见图3）。

图3 发动机安装支架

3. 夹具调试

对于车架的焊装调试需要注意两个方面：

一是各工件之间的尺寸影响。因独立车架上承载了发动机、变速器等重要部件，车架精度尤其是相对尺寸精度要求较高，所以在调整夹具的时候必须以最终的整体数据来考虑调整量，而不能和车身调试一样，完全对比数模，通过三坐标测量机测量出夹具精度来保证最终产品的精度。因为对于车架夹具来说，完全符合数模的合格夹具并不一定就能制造出合格的产品。因此，夹具到场后需要根据实际情况进行相应的调整。

例如，对于二梁支架总成，它的上面分布了二梁安装孔（二梁上装发动机）、上控制臂安装孔和下摆臂安装孔等共8个关键安装孔，因此，在夹具调试的过程中，必须把它们作为一个整体，否则整体精度就会很难保证（见图4）。

图4 二梁连接支架总成

二是车架上的弧焊量太大，会因大的变形量而严重影响车架尺寸，因此在调试过程中，对长焊缝就必须充分考虑焊接顺序对焊接变形的影响，可以通过在实际调试过程中反复验证来解决焊缝顺序对车架变形的影响，但一般情况下，焊缝顺序遵循的原则是：单段焊缝越短，连续焊缝越少则变形量越小。

例如在长达4.5m的纵梁内外板焊接中，焊接顺序采用对称跳跃式的分段焊接，将纵梁变形由最初的120mm减小到小于40mm，在后续的工位中， 余下的不到40mm的变形可以被完全吸收，有效解决了变形问题。

结论

独立车架的制造精度问题，尤其是一根完整纵梁的情况，目前在国内还属于较为陌生的领域，本文从工艺规划角度入手，通过在工艺拆分、夹具设计和夹具调试三个方面对焊装车架的精度进行控制，就自身项目应用来看，获得了较为良好的效果。