李文勇 李冠華 盛國鵬
長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心河北保定071000
摘要 本文主要討論為通過產品定位基準選擇、工藝規劃、夾具設計、運用系統思維模式的具體事例，解決長城某款產品影響焊接質量及自動化焊接問題，提升非承載式底盤車架精度品質，嘗試的一種新工藝、新機構及系統思維解決問題模式。
關鍵詞 基準設計；工藝規劃；液壓系統；系統思維分析
車架精度品質提升，主要是針對非承載邊梁式車架總成從產品設計初期到SOP 產品精度合格率達到95%，在基準設計、工藝規劃、夾具設計預防、產品過程調試、過程管控等方面的系統分析。
焊接工藝既是一個裝配工藝過程，又是一個複雜的冶金過程、熱處理過程和焊接變形與應力的產生過程。它相對於衝壓工藝、裝配工藝、塗裝工藝受外部及自身影響因素較多，且因部件結構的不同、工藝規劃的不同、焊接熱量輸入的不同、外部環境的不同、工裝夾具定位設計的不同等等所產生的結果也不同，因此焊接工藝相對於其他工藝規律性、可控性方面差距較大。
預防、減少或消除焊接變形可以從設計和工藝上來解決,設計上如果考慮減小焊接變形，往往比單純從工藝上來解決問題方便得多。相反地，如果設計考慮不周，則往往給生產帶來許多額外的工序，大大延長生產周期，提高產品成本。因此，除了要研究工藝措施外，還必須重視設計措施。
問題描述：長城某款車型車架焊接線，其產品是由兩根縱梁和九根橫樑焊合而成的閉合式構架。車架總長約5000mm, 外寬約1200mm，焊接製件總數量約185 種，總焊縫長度約12000mm，最大型腔約175伊125mm，最小型腔70伊30mm，型腔縱深最大約350mm，尺寸公差要求最高依1mm、最低依2mm，總重約250kg。面對整體如此龐大、結構複雜、精度要求高的車架焊接總成產品，制定合理的定位基準、焊接工藝路線、工裝夾具壓緊機構的分布及強度保證力、產品過程調試問題真因的追查、焊接變形的快速有效匹配、過程管控的有效控制等，是保證車架焊接總成品質精度的基本條件。
1 工藝規劃
1.1 借鑑前期某款車架總成焊接工藝經驗此焊接工藝為前後段焊接成總成後再總拼的形式，此工藝方式產生車架前段焊接總成後端開口尺寸變差，車架後段焊接總成前端開口尺寸變差，將車架前段總成和車架後段總成利用縱梁中段連接起來存在整體扭曲及前後段各部件尺寸變差問題，綜上工藝體現出過程變差較多，且不易控制的缺點。
1.2 新規劃工藝摒棄前期某款車架總成的焊接工藝理念，以車架縱梁前中後段焊接成總成和橫樑焊接成總成後再總拼構成整體框架的形式進行焊接，此焊接工藝只存在縱梁總成焊接變形引起的車架總成整體變形，其過程變差減少，另縱梁總成焊接變形可通過產品匹配和整體校形滿足產品品質精度。
具體為車架縱梁前段、中段、後段焊接成總成，第一、二、三、四、五、六、七、八橫樑和備胎梁分別焊接成總成，在車架總成總拼1 工位將以上縱梁總成和橫樑總成進行合裝構成車架總成整體骨架，補焊工位對整體骨架進一步鞏固，降低整體骨架焊接變形。
2 夾具設計反變形
在夾具設計階段根據縱梁總成結構在焊接過程中易產生變形特徵，為預防、減少或消除縱梁總成焊接變形，在縱梁總成內外板整體扣合工位Z 向採用先進的液壓系統以每400mm 一個壓緊點減少因焊接變形和扣合變形引起的Z 向整體變形及扭曲；在縱梁總成補焊1 工位根據焊縫布局及焊接變形趨勢Y 向採用先進的液壓系統，以每400mm 一個壓緊點預防因焊接變形引起的車架總成前後段翹起和X 向前後的整體收縮。
縱梁內外板總成扣合焊接夾具和縱梁總成補焊夾具，其立柱下部均增加15mm 預調整墊片，避免反變形調整量大於墊片設計要求厚度5mm後需重新加工，而提高了整體調試進度。前期設計的液壓系統只用於縱梁內外板總成扣合焊接夾具，但通過對縱梁總成焊接姿態及焊道分局分析，Y向必然產生大的焊接變形，因此將液壓系統進行分離，縱梁總成補焊1序夾具採用液壓系統主要對縱梁總成的Y向進行校形。
3 基準設計
車架焊接總成在焊接生產和檢測過程中Y 向尺寸偏差較大，為彌補此缺陷，經多名工程師和外籍專家進行研討，針對以往車架焊接生產和檢測過程主定位基準孔只有4 個（相對應的定位銷也是4個）的特徵，結合現有車架總成焊接工藝（先固定整體骨架再裝配焊接小件），將車架總成前後橫樑作為Y 向輔助定位，即前後橫樑處各增加了1 個Y 向定位銷，以有效控制車架總成焊接和檢測過程各部件相對於Y 向基準的變差。
綜上車架焊接總成共計6 個基準定位，除傳統的車架總成前主定位和後主定位外，在車架總成第八橫樑和第二橫樑總成分別增加了限制Y 向的基準定位銷，以保證車架總成整體周正度及扭曲度。
4 系統思維分析
在與多家投標方進行技術交流階段，堅持先聽取再評價的原則，充分分析工藝方案的優缺點，集中各優點進行總體整合。在夾具式樣設計評審階段，以圖紙要求、裝配關係、焊接變形趨勢為依據，結合車架總成特點進行定位方式、定位機構形式、壓緊及限位點合理分布性進行全面評審，共提出、整改問題88 項。夾具3D 數模評審階段，針對防錯、可裝配性、夾具強度、定位機構設計合理性、連接機構穩定性、動力系統可實現性等等進行綜合評審，共提出、整改問題475 項。產品調試階段採用系統分析機制對檢測數據、工藝裝配特性、夾具機構合理性、製件精度、匹配度、產品可優化性等多方面、多維度進行排查。
5 研究總結與展望
在底盤車架焊接總成精度品質不僅與後期調試工作密切相關，更重要的是總結以往的焊接線缺陷，通過前期產品設計、工藝規劃、夾具焊接反變形預防、採用新工藝等，本題通過採用新工藝、新機構、以往經驗在最短的時間將車架總成精度提升至95%，提高產品市場投入，縮短過程開發時間。
參考文獻:
[1]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工藝出版社,2002.1.
長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心河北保定071000
摘要 本文主要討論為通過產品定位基準選擇、工藝規劃、夾具設計、運用系統思維模式的具體事例，解決長城某款產品影響焊接質量及自動化焊接問題，提升非承載式底盤車架精度品質，嘗試的一種新工藝、新機構及系統思維解決問題模式。
關鍵詞 基準設計；工藝規劃；液壓系統；系統思維分析
車架精度品質提升，主要是針對非承載邊梁式車架總成從產品設計初期到SOP 產品精度合格率達到95%，在基準設計、工藝規劃、夾具設計預防、產品過程調試、過程管控等方面的系統分析。
焊接工藝既是一個裝配工藝過程，又是一個複雜的冶金過程、熱處理過程和焊接變形與應力的產生過程。它相對於衝壓工藝、裝配工藝、塗裝工藝受外部及自身影響因素較多，且因部件結構的不同、工藝規劃的不同、焊接熱量輸入的不同、外部環境的不同、工裝夾具定位設計的不同等等所產生的結果也不同，因此焊接工藝相對於其他工藝規律性、可控性方面差距較大。
預防、減少或消除焊接變形可以從設計和工藝上來解決,設計上如果考慮減小焊接變形，往往比單純從工藝上來解決問題方便得多。相反地，如果設計考慮不周，則往往給生產帶來許多額外的工序，大大延長生產周期，提高產品成本。因此，除了要研究工藝措施外，還必須重視設計措施。
問題描述：長城某款車型車架焊接線，其產品是由兩根縱梁和九根橫樑焊合而成的閉合式構架。車架總長約5000mm, 外寬約1200mm，焊接製件總數量約185 種，總焊縫長度約12000mm，最大型腔約175伊125mm，最小型腔70伊30mm，型腔縱深最大約350mm，尺寸公差要求最高依1mm、最低依2mm，總重約250kg。面對整體如此龐大、結構複雜、精度要求高的車架焊接總成產品，制定合理的定位基準、焊接工藝路線、工裝夾具壓緊機構的分布及強度保證力、產品過程調試問題真因的追查、焊接變形的快速有效匹配、過程管控的有效控制等，是保證車架焊接總成品質精度的基本條件。
1 工藝規劃
1.1 借鑑前期某款車架總成焊接工藝經驗此焊接工藝為前後段焊接成總成後再總拼的形式，此工藝方式產生車架前段焊接總成後端開口尺寸變差，車架後段焊接總成前端開口尺寸變差，將車架前段總成和車架後段總成利用縱梁中段連接起來存在整體扭曲及前後段各部件尺寸變差問題，綜上工藝體現出過程變差較多，且不易控制的缺點。
1.2 新規劃工藝摒棄前期某款車架總成的焊接工藝理念，以車架縱梁前中後段焊接成總成和橫樑焊接成總成後再總拼構成整體框架的形式進行焊接，此焊接工藝只存在縱梁總成焊接變形引起的車架總成整體變形，其過程變差減少，另縱梁總成焊接變形可通過產品匹配和整體校形滿足產品品質精度。
具體為車架縱梁前段、中段、後段焊接成總成，第一、二、三、四、五、六、七、八橫樑和備胎梁分別焊接成總成，在車架總成總拼1 工位將以上縱梁總成和橫樑總成進行合裝構成車架總成整體骨架，補焊工位對整體骨架進一步鞏固，降低整體骨架焊接變形。
2 夾具設計反變形
在夾具設計階段根據縱梁總成結構在焊接過程中易產生變形特徵，為預防、減少或消除縱梁總成焊接變形，在縱梁總成內外板整體扣合工位Z 向採用先進的液壓系統以每400mm 一個壓緊點減少因焊接變形和扣合變形引起的Z 向整體變形及扭曲；在縱梁總成補焊1 工位根據焊縫布局及焊接變形趨勢Y 向採用先進的液壓系統，以每400mm 一個壓緊點預防因焊接變形引起的車架總成前後段翹起和X 向前後的整體收縮。
縱梁內外板總成扣合焊接夾具和縱梁總成補焊夾具，其立柱下部均增加15mm 預調整墊片，避免反變形調整量大於墊片設計要求厚度5mm後需重新加工，而提高了整體調試進度。前期設計的液壓系統只用於縱梁內外板總成扣合焊接夾具，但通過對縱梁總成焊接姿態及焊道分局分析，Y向必然產生大的焊接變形，因此將液壓系統進行分離，縱梁總成補焊1序夾具採用液壓系統主要對縱梁總成的Y向進行校形。
3 基準設計
車架焊接總成在焊接生產和檢測過程中Y 向尺寸偏差較大，為彌補此缺陷，經多名工程師和外籍專家進行研討，針對以往車架焊接生產和檢測過程主定位基準孔只有4 個（相對應的定位銷也是4個）的特徵，結合現有車架總成焊接工藝（先固定整體骨架再裝配焊接小件），將車架總成前後橫樑作為Y 向輔助定位，即前後橫樑處各增加了1 個Y 向定位銷，以有效控制車架總成焊接和檢測過程各部件相對於Y 向基準的變差。
綜上車架焊接總成共計6 個基準定位，除傳統的車架總成前主定位和後主定位外，在車架總成第八橫樑和第二橫樑總成分別增加了限制Y 向的基準定位銷，以保證車架總成整體周正度及扭曲度。
4 系統思維分析
在與多家投標方進行技術交流階段，堅持先聽取再評價的原則，充分分析工藝方案的優缺點，集中各優點進行總體整合。在夾具式樣設計評審階段，以圖紙要求、裝配關係、焊接變形趨勢為依據，結合車架總成特點進行定位方式、定位機構形式、壓緊及限位點合理分布性進行全面評審，共提出、整改問題88 項。夾具3D 數模評審階段，針對防錯、可裝配性、夾具強度、定位機構設計合理性、連接機構穩定性、動力系統可實現性等等進行綜合評審，共提出、整改問題475 項。產品調試階段採用系統分析機制對檢測數據、工藝裝配特性、夾具機構合理性、製件精度、匹配度、產品可優化性等多方面、多維度進行排查。
5 研究總結與展望
在底盤車架焊接總成精度品質不僅與後期調試工作密切相關，更重要的是總結以往的焊接線缺陷，通過前期產品設計、工藝規劃、夾具焊接反變形預防、採用新工藝等，本題通過採用新工藝、新機構、以往經驗在最短的時間將車架總成精度提升至95%，提高產品市場投入，縮短過程開發時間。
參考文獻:
[1]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工藝出版社,2002.1.
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