在環(huán)境不斷惡化和能源短缺的大環(huán)境下，大力發(fā)展新能源汽車是減少能源消耗及減少污染的必經(jīng)之路。對于新能源汽車來講，僅動力電池的質(zhì)量就達到了數(shù)百千克，只有輕量化才能減整車整備質(zhì)量，降低整車成本，從而接近市場需求。車身輕量化已成為減少整車質(zhì)量的有效途徑之一。

C11CB為北汽新能源的一款兩座輕量化車型，采用了鋁合金框架式車身，整個車身由駕駛艙、機艙及后端三大總成組焊而成。車身質(zhì)量僅為131kg，車身減重17%。區(qū)別于傳統(tǒng)的以點焊為主的鋼制白車身，C11CB主要的制造工藝為MIG弧焊工藝及鉚接工藝。

因為采用弧焊工藝制造難度較大，目前市場上的鋁合金車身多采用鉚接工藝進行連接。由于C11CB車型別致的造型設計，需要部分使用鋁合金弧焊工藝，因此，此款車型的制造工藝在市場上無同類型車型可供參考。目前國際上鋁合金車身弧焊技術的公差一般維持在±4mm的水平，而為了保證優(yōu)秀的外觀表現(xiàn)和功能裝配性，我們將C11CB車身的公差設定為A級±1.0mm，B級±1.2mm，C級±1.5mm，并且A/B級點占比高達47%，與傳統(tǒng)鋼車身40%左右的A/B級點占比率相比還高出7個百分點，這無疑是對制造工藝的極大考驗。

為了達到鋁合金車身的精度目標，我們需要分析車身精度差的原因并制定有效措施進行制造工藝優(yōu)化。

問題提出及目標設定

項目名稱：基于新能源汽車鋁合金車身的焊裝精度研究。

涉及車型：C11CB鋁合金框架式車身。

項目內(nèi)容：分析影響鋁合金車身精度的原因，尋求解決方案，提升車身精度。

項目目標：將車身常規(guī)功能尺寸合格率提升至90%以上（見圖1）。

解決方案

1.原因識別

針對不合格的測點的產(chǎn)生原因運用魚骨圖（見圖2）進行分析，由焊裝工藝工程師、質(zhì)量改進工程師、SQE、生產(chǎn)班組長組成精度提升團隊，運用魚骨圖分析工具，從人、機、料、法、環(huán)、測6個方面進行問題原因分析 。

2.措施制定

（1）針對“魚骨圖”分析出的12類問題，團隊成員深入調(diào)查后開展“頭腦風暴”，針對問題制定措施，共提出25條改善措施，見表1。

（2）按照“可操作性”及“實施效果”分成四個象限，將全部25個改善措施對應放置到相應的象限內(nèi)（見圖3）。

根據(jù)分布結(jié)果，選出最佳的15項措施及方案，并匯總?cè)绫?所示。

表  1

3.第一階段設計改善方案

根據(jù)制定的最優(yōu)改善措施，對各點進行改善，改善案例示例如下（各措施僅舉1例，車身上同類型問題均有應用）：

（1）增加傳感器防錯，零件未放置到位不予夾緊。改善前（見圖4a）：STA010工位夾具上無后端左、右上邊梁防錯。零件容易放置不到位，焊接后產(chǎn)生較大尺寸偏差。改善后（見圖4b）：在STA010工位夾具上增加端左、右上邊梁傳感器防錯，當零件未放置到位時無法夾緊。

(2) 優(yōu)化夾具結(jié)構(gòu)，減少夾具外補焊。改善前（見圖5a）：夾具不具有翻轉(zhuǎn)功能，分總成需要在夾具上點定后取出補焊。缺少夾具的尺寸約束，焊接變形較大。改善后（見圖5b）：優(yōu)化焊接夾具，大量減少無夾具約束的補焊。焊接變形量明顯減少，測量數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。

(3) 更改夾具定位，使其與GD&T圖樣相符。改善前（見圖6a）：MB010工位前端總成定位銷為左上圓柱銷，左下圓柱銷，右下圓柱銷。左下定位銷與產(chǎn)品圖樣不一致。改善后（見圖6b）：MB010工位前端總成定位銷為左上圓柱銷，左下菱形銷，右下圓柱銷。所有定位與產(chǎn)品圖樣保持一致。

(4) 對夾具進行反變形調(diào)整。改善前（見圖7a）：受焊接變形影響，AB柱向駕駛艙內(nèi)側(cè)方向變形，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。改善后（見圖7b）：將定位夾具進行變形反方向傾向微調(diào)，焊接變形量中和了夾具定位偏差量，焊后精度穩(wěn)定合格。

(5) 焊后使用工裝進行矯形。改善前（見圖8a）：駕駛艙后橫梁產(chǎn)生焊接變形，中間凸起，電池安裝孔精度穩(wěn)定不合格。改善后（見圖8b）：制造矯形工裝，對變形的分總成進行焊后矯形，使其功能孔位精度達到合格。

(6) 將重要部件連接工藝由弧焊改為鉚接。改善前（見圖9a）：后擋泥板前安裝支架和后擋泥板中安裝支架與車身通過弧焊連接，熱變形大，精度差。改善后（見圖9b）：后擋泥板前安裝支架和后擋泥板中安裝支架與車身通過鉚釘連接，杜絕了焊接熱變形。

(7) 將重要部件連接工藝由弧焊改為螺栓聯(lián)接。改善前（見圖10a）：前大燈下安裝支架和前翼子板上安裝支架靠弧焊連接到車身上，焊縫密集，產(chǎn)生變形較大，不易控制。改善后（見圖10b）：前大燈下安裝支架和前翼子板上安裝支架與車身的連接由弧焊更改為螺栓焊，杜絕了焊接熱變形。

(8) 將重要零部件放置到靠后的工序進行焊接。改善前（見圖11a）：后保險杠安裝支架在分拼工位焊接到邊梁上。后續(xù)還會經(jīng)過后端合拼、車身合拼過程，造成公差累積，精度不穩(wěn)定。改善后（見圖11b）：將后保險杠安裝支架放置在總拼工位之后進行焊接，減少制造過程公差累積。

(9) 將密集的焊縫合理分散到多個工位，減少一次熱輸入量。改善前（見圖12a）：密集的焊縫在一個工位進行焊接，一次熱輸入量大，產(chǎn)生的焊接變形大。改善后（見圖12b）：在保證連接強度的情況下，將部分焊縫（加圈部分）移至后續(xù)工位進行焊接，分散焊接熱入量，有效減少焊接變形。

(10) 將MIG焊機更換為CMT焊機，減少熱輸入。改善前（見圖13a）：使用MIG焊機對薄板與支架進行焊接，熱輸入量大，支架變形大。改善后（見圖13b）：將MIG焊機替換成CMT焊機，熱變形量小，支架變形減小。

(11) 重新設計產(chǎn)品， 將多個零件集成設計。改善前（見圖14a）：后端左、右安裝梁組件各由4個零件焊接而成，結(jié)構(gòu)促狹，焊縫密集，產(chǎn)生較大的熱變形。改善后（見圖14b）：將后端左、右安裝梁組件更改為一體壓鑄件結(jié)構(gòu)，完全杜絕了焊接變形。

(12) 將連接零件位置改為可調(diào)。改善前（見圖15a）：前端總成先與連接板焊接，再在總拼工位與駕駛艙總成焊接。當連接外精度發(fā)生偏差時，會影響整個前端精度。改善后（見圖15b）：前端總成、連接板和駕駛艙總成在總拼工位合拼，焊接前可以手動調(diào)節(jié)連接板位置，以提升連接處精度的容錯率。

(13) 將鄰近兩條短焊縫合并為1條長焊縫。改善前（見圖16a）：前骨架分總成上焊縫存在多處短焊縫，焊縫總長度長，熱輸入量大，焊縫質(zhì)量差。改善后（見圖16b）：將前骨架分總成上同一零部件上鄰近的多條短焊縫合并為長焊縫。

（14）缺少過程檢具控制。改善前（見圖17a）：僅有前端總成、駕駛艙總成和后端總成三套總成檢具。改善后（見圖17b）：增加構(gòu)成前端、駕駛艙、后端的各分總成檢具，共計10套，覆蓋所有制造過程。

（15）缺少對制造過程中產(chǎn)品定位點測量。增加了分總成檢具，同時三坐標測點里缺少對分總成定位點的測量，增加分總成定位測量點，和過程檢具對比分析改善，增加精度分析效率和精確度。

小結(jié)：經(jīng)過第一個階段為時8個月的設備調(diào)試及精度提升，車身全尺寸合格率由初始的55%達到目前的83%，功能尺寸合格率由開始的57%達到目前的84%。

4.第二階段改善

通過第一階段的改善，達到了83%/84%的精度合格率，第二階段改善的目標鎖定90%/90%，為此，精度改善團隊又開始了新一輪的問題分析及改善。

（1）原因識別——針對車身精度不合格進行二次魚骨圖分析（見圖18）。

（2）針對“魚骨圖”分析出的8類問題，團隊成員深入調(diào)查后開展“頭腦風暴”，針對問題制定措施，共提出8條改善措施。

對以上8條改進措施除了第6條以外進行逐步改進，團隊一致認為第1條和第5條為目前精度再提升一個臺階最大的問題。

（3）針對無改善流程及團隊協(xié)作流程這個管理問題，工藝牽頭梳理了流程（見圖19），對流程及責任標準化，提高精度改善效率。

（4）針對找出規(guī)律的數(shù)據(jù)支撐不足這一方法問題，工藝牽頭對5×25組數(shù)據(jù)進行分析，加入了SPC分析的概念，增加了CP值統(tǒng)計，更加直觀地分析問題。

通過對125組車身常規(guī)尺寸測量數(shù)據(jù)進行SPC分析，按照“穩(wěn)定性”和“是否合格”將所有測點分為4類，分別為“穩(wěn)定合格”“穩(wěn)定不合格”“不穩(wěn)定合格”“不穩(wěn)定不合格”。其中穩(wěn)定合格點占比達到82%，穩(wěn)定不合格點占比達到7%，鎖定穩(wěn)定不合格點為重點推進點。如圖20所示。

（5）在穩(wěn)定不合格點推進的過程中，運用了第一階段運用過的多種方法，管理方面主要是建立增加了周級別BIW精度問題點推進頻次，各部門針對性改善；方法中主要是運用了精度穩(wěn)定性合格率分步改善實施和CMM增加輔助測點和過程檢具對比分析改善；設備中進一步的優(yōu)化夾具定位一致性改善、檢具測量定位改善以及夾具測量矯正及反變形改善；材料中增加了部品配合性問題點改善、零部件反方向適配改善、零部件定位一致性改善等內(nèi)容。

篇幅有限，不再對這些措施進行細化說明，這里就提一個零部件安裝孔反方向進行調(diào)整的案例。改善前（見圖21a）：懸置支架一、二、三受焊接變形影響在車身上分別有不同程度的穩(wěn)定偏差。改善后（見圖21b）：將懸置支架一、二、三的功能孔位按照圖示進行調(diào)整、焊接完圖19 精度控制流程成后測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定合格。

（6）經(jīng)過第二階段為時6個月的持續(xù)提升，合格率穩(wěn)定達到了90%的狀態(tài)（見圖22）。

5.改善效果

（1）經(jīng)過兩個階段的共計14個月的調(diào)試及精度提升，車身全尺寸合格率由初始的55%達到目前的90.7%，功能尺寸合格率由開始的57%達到目前的91.2%，關鍵尺寸合格率達到98.1%（見圖23）。

（2）建立了解決精度問題的標準化流程，在管理、方法、設備、零部件等各個方面都形成了自己的精度管理體系，為車身精度指標持續(xù)穩(wěn)定的運行提供了堅實的保障，為后工序部品安裝以及良好的整車外觀提供了堅實的基礎。

結(jié) 語

在本項目推進中，首先運用魚骨圖找出車身精度所反映的問題所在，并通過頭腦風暴及四象限法確定最優(yōu)的改善措施，采用SPC分析法和四象限法重點推進來主導第二階段提高改善。通過逐項實施措施，最終達到鋁合金車身的精度目標。同時我們將C11CB車身的公差設定為A級±1.0mm，B級±1.2mm，C級±1.5mm，并且A/B級點占比高達47%，與傳統(tǒng)鋼車身40%左右的A/B級點占比率相比還高出7個百分點，這無疑大大增加了精度工作的管理難度。

然而作為業(yè)界領先的新能源汽車制造商，我們在鋁合金弧焊工藝方面并沒有太多經(jīng)驗可以借鑒，雖然最終依靠各項措施的推進使車身達到了比較理想的精度，但在項目中依然存在許多不足。比如溫濕度變化對鋁合金弧焊變形的影響，焊前對零部件預熱處理，焊后矯形手段以及自動化焊接等方法都沒有做更深入的探究。但以后這些方面將會是我們研究的重點，身體力行地推動鋁合金弧焊工藝的發(fā)展。

本文發(fā)表于《汽車工藝師》2019年第4期，轉(zhuǎn)載請注明出處。

  編輯： Lemon  

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