白車身側圍分總成焊裝工藝與仿真分析

1、白車身側圍分總成焊裝工藝與仿真分析 來源： 官方發(fā)布 咨詢  本文以某車型白車身的側圍內板總成作為研究對象，根據(jù)焊裝FLOW CHART、RPS定位系統(tǒng)報告等進行系統(tǒng)的焊裝工藝分析，確認該總成是否符合工藝要求；運用DELMIA軟件中Device Task Definition模塊進行計算機焊接模擬，確認該總成的焊接可行性和操作性。安全、節(jié)能以及環(huán)保是當前汽車工業(yè)發(fā)展的三大主題，與此對應的汽車車身設計與制造也備受重視。在高速、安全以及舒適的基礎上，力求外形好看、使用舒適、修理快捷以及制造簡單，是我們對現(xiàn)代車身設計的要求。車身是汽車的重要組成部分，車身制造質量的好壞對汽車的裝配質量及整車

2、性能起決定性作用，而車身沖壓零件及其焊接裝配的質量是影響車身質量的重要因素。為了保證汽車生產的高質量、高效率和低成本，我們利用三維設計軟件DELMIA從焊裝工藝角度出發(fā)，對白車身各總成開展系統(tǒng)深入的工藝審查及仿真分析。在工藝分析過程中可以清晰地發(fā)現(xiàn)零部件總成在焊裝工藝中存在的結構、空間和操作性等方面的問題，同時人機工程系統(tǒng)的引入，對工藝設計、線體規(guī)劃以及夾具制造等優(yōu)化和改善有著巨大的促進作用。本文對白車身側圍內板總成焊裝工藝、仿真開展過程進行探討。側圍內板總成焊裝工藝分析側圍內板總成焊裝工藝分析流程如圖1所示。1.焊接分級確定白車身總成焊裝分級的原則是根據(jù)本廠的設備情況和技術水平，在沖壓工藝允

3、許的前提下，應盡量采用整體結構，零件數(shù)量越少越好，這樣可以減少裝焊工作量和裝配誤差。同時，也要使接口處有良好的裝配焊接工藝性。由焊接流程圖FLOW CHART可以看出，側圍內板總成是由A柱內板下段總成、B柱內板總成、A柱內板上段總成、B柱內板上段焊合以及頂蓋橫梁連接板五部分組成，側圍內板總成及其組件三維數(shù)模如圖2所示。根據(jù)側圍內板總成結構特點，初步制定側圍內板總成上件順序（見圖3）。2.焊接結構分析在鈑金件焊裝工藝制定時，多使用兩層板點焊，減少三層板焊接，杜絕三層以上板件搭接點焊。此外在同道工序，能夠使用同一型號焊鉗焊接的焊點，焊接料厚盡可能接近，以便于參數(shù)的統(tǒng)一，點焊搭接料厚要求如表1所示。

4、在側圍內板總成焊接時，鈑金件搭接點焊分為兩層焊和三層焊，其中兩層焊截面如圖4所示，鈑金件單層料厚均小于1.8mm，符合工藝要求；三層焊截面如圖5所示，鈑金件單層料厚均小于2.0mm，符合工藝要求。此外，考慮到三層板點焊過程中焊核偏移對焊接質量的影響，在設計中盡量采用表2中搭接狀態(tài)1的形式。當鍍鋅鋼板或高強鋼板與低碳鋼板混合焊接時，盡可能使鍍鋅鋼板或高強鋼板夾在低碳鋼板之間，以增強總成的焊接性，減少鋅層對電極的污損和粘連。具體三層板搭接形式要求參見如表2所示。3.焊點布置分析總成焊點的布置受點焊分流和制件結構的限制。當焊件厚度增大時，焊點間允許的最小間距及焊點中心到制件圓弧或邊緣的最小間距就會相

5、應增大，否則，會影響總成焊點焊接強度。電阻率較高的奧氏體鋼及合金進行點焊時，焊點最小間距應再增大2530，具體參數(shù)如表3所示?？偝砷L、直搭接邊（直口區(qū)域）焊點間距要求一般3050mm，局部強度要求不高的位置，如側圍外板與側圍后輪罩總成的搭接點焊，距離可適當增大到100mm；鉸鏈加強板、鎖扣安裝板等小件需要在較小的平面內達到連接強度要求，焊點數(shù)量可依實際情況增加，點距相應減小。此外焊點應盡可能布置在平面搭接區(qū)域，減少弧面焊點，同時結合CAE分析，合理控制焊點數(shù)量，點距過密將加劇焊接變形，尤其在前后門洞、后風窗等位置，易造成邊框扭曲，影響整車品質。側圍內板總成中共包含焊點21個，其中兩層焊18個，

6、三層焊3個。焊點距離布置較為均勻，焊接搭接邊處于平面區(qū)域，適當分布在制件搭接處，其中相鄰焊點間最小間距e=18mm，分流現(xiàn)象不明顯，對焊接強度影響較小，符合焊點布置參數(shù)標準。4.焊點搭接邊分析搭接邊（b）是焊接凸緣接觸表面的寬度。接觸平面之間必須相互平行且搭接在一起。點焊搭接邊寬度的設定原則：點焊接頭的最小搭接邊寬度見圖6，最小搭接邊寬度b=4×t2+8（當t1t2時，按t2計算），其中b為搭接邊寬度，t為母材板厚。從白車身整體點焊工藝的角度來看，允許的最小搭接邊寬度為12.5mm，側圍門框區(qū)域通常搭邊寬度為12.514mm，地板縱梁區(qū)域的搭邊寬度通常為1618mm，前/后副車架區(qū)域

7、由于板料通常在2.5mm以上。過寬的搭接邊會增加整車重量，通常采用開缺口的搭接邊設計形式，即在焊點位置預留足夠的搭接邊寬度，其他區(qū)域盡可能縮減搭接邊寬度，這種方式多用于曲線弧度變化不大的直口搭接區(qū)域。側圍內板總成中兩層焊搭接邊寬度為12.5mm，三層焊搭接邊寬度在15mm左右，搭接邊寬度在保證了焊接強度的同時，沒有增加板料浪費和車身重量。5. RPS設計審查車身統(tǒng)一基準系統(tǒng)RPS（Reference Point System）是產品設計模具、夾具以及檢具共同遵循，需協(xié)調統(tǒng)一、貫穿始終的基準系統(tǒng)及其公差要求，是決定產品固有質量的基準系統(tǒng)。側圍內板總成中B柱內板上段焊合RPS設置有兩個定位孔，與車

8、身坐標平行，三組6個定位面，符合RPS系統(tǒng)的N-2-1原則，完全控制了制件的6個自由度，同時兩個定位孔距離大于該制件總長的2/3。在夾具夾緊焊接時，可以保持較好的穩(wěn)定狀態(tài)。圖7  焊鉗與夾具總成的干涉仿真總成點焊運動仿真模擬1. DELMIA軟件DELMIA是達索系統(tǒng)面向數(shù)字化制造的專業(yè)品牌，著重解決在產品設計的數(shù)字化之后的產品制造工藝設計階段的數(shù)字化描述。DELMIA軟件在汽車白車身焊裝領域的應用主要體現(xiàn)在白車身焊裝項目的前期工藝規(guī)劃與仿真驗證過程上。日常模擬仿真所使用的是DELMIA軟件中的DPM模塊，用來進行焊裝工藝驗證，結合人機工程模塊模擬操作者實際焊接過程，驗證總成的焊接操

9、作性和可達性。2.焊裝夾具的過程運動仿真模擬側圍內板總成由A柱內板下段總成、B柱內板總成、A柱內板上段總成、B柱內板上段焊合以及頂蓋橫梁連接板五部分構成，上件順序如圖3所示。依據(jù)作業(yè)標準工時表（見表4），該工位操作者從取件到焊接結束之間每個動作合計需要時間為120s，該車型生產節(jié)拍由年生產綱領、工作日和設備可動率等計算為120s。在充分考慮操作者作業(yè)熟練程度和勞動強度的情況下，兼顧車間的產能要求，可知該工位作業(yè)時間滿足生產要求。在DELMIA軟件中將總成放置于夾具上，利用DELMIA軟件中Device Building模塊對焊裝夾具進行機構運動仿真，通過此模塊可以非常準確地實現(xiàn)焊裝夾具的機構運動模擬。通過運動仿真模擬可及時發(fā)現(xiàn)側圍內板總成與夾具運動機構及各部件間的干涉情況，同時直觀形象地表現(xiàn)生產現(xiàn)場中焊接夾具的運動狀況，提高了焊接夾具的設計制造便捷性、縮短了夾具安裝調試的周期。在確認焊裝夾具與總成配合無干涉以后，隨即開展焊鉗、產品總成以及焊裝夾具之間的仿真驗證。在DELMIA軟件的Device Task Definition模塊中，使用該模塊下的Tag工具條中New Tag命令方便地自定義焊點位置，TSA工具條Manual Gun Search命令可快捷地進行焊鉗、產品總成以及焊裝夾具之間的干涉檢查。通過仿真結果（見圖7）來優(yōu)化總成焊點位置，完善焊鉗