儀表臺管梁焊接精度提升要點淺析

趙小霞　張栩濤　孫金生　蒙日亮

摘 要：論述當前汽車儀表臺管梁焊接精度的現狀，結合實際項目開發經驗，從管梁焊接夾具方案設計、焊接變形仿真分析、工藝驗證及固化等方面總結了管梁焊接精度提升的正向開發流程及管控要點。結果顯示，通過正向開發流程管控，管梁關鍵點的焊接精度由傳統的±1.5mm提升至±0.5mm，驗證了流程及方法的有效性，對后續車型儀表臺管梁的開發有很好的指導作用。

關鍵詞：儀表臺管梁 焊接精度 夾具設計 焊接變形仿真

1 引言

隨著汽車行業的迅速發展，各主機廠之間競爭越來越激烈，汽車內飾件如何打造“超值感知”的內外飾感官質量至關重要。內外飾感官質量主要包含“四覺”的提升，即嗅覺、聽覺、觸覺以及視覺方面[1]。其中，視覺直接決定了客戶對內飾件可視區美觀性的判定，而內外飾件可視區的間隙/面差大小以及均勻性又直接決定了視覺的美觀性。因此，“超值感知”的內外飾感官質量要求對關鍵內外飾總成的尺寸精度提出了更高的要求。而儀表臺總成作為整個內飾件的客戶主視區，儀表臺和車門、車身等匹配的間隙/面差值主要受管梁的精度影響。

本文從實際車型工藝設計出發，歸納總結了儀表臺管梁焊接工藝正向開發流程以及過程管控要點，從焊接夾具方案、焊接變形仿真分析、工藝調試等方面闡述?；谏钊氲睦碚撗芯坎⒔Y合產品開發的實踐經驗，對汽車儀表臺管梁精度管控及提升有較高的指導作用。

2 儀表臺管梁焊接精度現狀

傳統的管梁作為二級件主要由供應商管控開發，主機廠重點對儀表臺模塊質量做管控，因此，對管梁的前期工藝開發過程關注較少，管梁精度較差，存在以下的問題：

從表1問題可看出，傳統管梁精度已無法滿足“低成本、高質量”的內外飾感官質量要求，需建立正向開發流程進行儀表臺管梁精度管控。

3 儀表臺管梁焊接工藝正向開發流程及管控要點

儀表臺管梁焊接工藝正向開發流程包含焊接夾具方案設計、焊接變形仿真模擬分析、焊接工藝驗證及工藝固化等方面，具體流程及相關管控要點如下：

3.1 焊接夾具方案

儀表臺管梁作為儀表臺模塊的安裝主體結構，需為儀表臺本體等塑料件和空調/線束/副氣囊等電器件和功能件提供安裝點，根據配置定義及電器件集成情況，管梁的焊接二級件可多達35-40個。此外，管梁還需為儀表臺模塊和車身的連接提供安裝結構[2]。因此，管梁的焊接夾具方案非常關鍵，直接影響到管梁的焊接強度及精度。

焊接夾具方案需考慮到其功能性和檢測性兩方面。

功能性方面，包含夾具定位結構、裝取件要求、整體布置、焊接要求以及氣路布置等，具體管控要點如下：

（1）夾具定位結構：所有定位基準與最新的設計GD&T（Geometric Dimensioning and Tolerancing，幾何尺寸和公差）圖紙一致，定位銷采用A銷形式，定位銷的有效長度為4-6mm；

（2）裝取件要求：為便于裝取件，根據需要設計裝取件導向，且所有夾緊頭放開狀態時，夾具與產品之間確?！?0mm，此外，需注意防錯防呆設計；

（3）整體布置：零件操作高度優選750mm-850mm，焊鉗操作高度優選750mm-1200mm；控制盒、三元件和氣閥等位置不妨礙焊鉗及操作者的工作路徑；

（4）焊接要求：所有焊點焊鉗可達，不可視焊點設計有焊接導向或焊點位置指示；

（5）氣路布置：氣路邏輯設計滿足工藝要求，即按照裝取件的先后順序，夾具松緊順序滿足要求；

檢測性方面，檢測基準孔位置和數量設計需符合要求，且所有定位面確保三坐標可達。

3.2 焊接變形仿真模擬

管梁焊接主要采用二氧化碳保護焊[3]，為提前識別管梁結構設計、焊接順序、焊縫位置/數量/長度、焊接工裝等多因素對焊接精度和質量的影響，采用焊接軟件Simufact welding[4]對焊接過程進行仿真模擬分析[5]。

3.2.1 焊接變形仿真基準選擇

為確保仿真模擬分析結果盡量接近實際工況，管梁焊接仿真變形分析的主基準應與設計GD&T圖紙相同，即4個銷，一個基準面，如圖１所示。其余各個單件焊接應以零件的定位孔、定位面或安裝面作為局部基準。

3.2.2 焊接變形仿真分析

開展焊接變形仿真分析前，需根據儀表臺管梁的結構、零件組成情況以及過往項目經驗總結，分析確認管梁焊接工序，編制初版夾具式樣書，初步確認每一序的焊接零件、焊接順序以及焊縫位置、數量等工藝參數等信息。

根據夾具式樣書以及夾具方案開展焊接仿真變形分析，焊接仿真中針對變形問題的解決方案主要有：優化焊接參數設置；調整焊接順序；優化焊縫位置、長度以及焊縫數量；調整工裝支撐點位置以及數量；反變形法等。

以管梁端板的焊接變形仿真結果為例，如圖2所示，按照夾具式樣書初始方案開展首輪分析，結果顯示管梁端板焊接后X/Y/Z向均存在較大變形。為改善焊接變形問題，通常采用優化焊接參數、工裝支撐點以及焊接順序等措施。以優化工裝方案為例，方案如圖3所示，對工裝支撐點進行改善分析，工裝支撐點1/2位置分別往兩端板位置移動后，圖4的仿真結果顯示，端板X/Y/Z向的變形均明顯改善。以上為單一因素改善結果，為使改善效果最大化，采用優化焊接參數、工裝支撐點以及焊接順序等多種改善方案共同作用，如圖5所示，端板X/Y/Z焊接變形問題均大大改善，說明了綜合措施有效性。

3.3 焊接工藝驗證及固化

焊接工藝驗證包含夾具驗收以及焊接一致性驗證等過程。

夾具驗收包括：

（1）夾具功能性/檢測性驗證：依據2.1中的設計管控要點開展點檢確認；

（2）夾具重復性驗證：理論上要求偏差值在0.2mm以內，包含0.2mm；

焊接一致性驗證：為驗證夾具方案以及焊接工藝穩定性，選取關鍵尺寸開展過程能力研究，統計CPk值[6]，要求關鍵點尺寸CPk≥1.33。

經過上述的夾具方案設計、焊接變形仿真分析以及工藝驗證，管梁關鍵點的精度由傳統的±1.5mm提升至±0.5mm，且關鍵點尺寸CPk≥1.33，滿足產品重要質量特性要求，相關的工藝參數固化至工藝文件中。

4 總結

儀表臺管梁作為汽車內飾儀表板系統的重要組成部分，其焊接精度一直是薄弱點。文中基于以往多個項目開發經驗，從前期的夾具方案設計、焊接變形仿真分析、工藝驗證及固化等方面總結了管梁焊接精度提升的正向開發流程及管控要點，為后續儀表臺管梁開發及焊接精度提升提供了一定的應用參考價值。

基金項目：柳州職業技術學院 2023 年校級科研一般課題《基于數字孿生的無模具智能注塑技術研究》（編號：2023KB08）。

參考文獻：

[1]王如德，李俊賢. 汽車內外飾感知質量評價研究[J].汽車實用技術，2018（21）：123-132.

[2]李倫洪. 某汽車儀表板管梁方案設計及問題整改[J]. 汽車實用技術，2021（23）：142-144.

[3]林長亮. 二保焊原理堯焊縫區力學性能及常見失效模式分析[J].內燃機與配件，2019（30）：124-124.

[4]秦勇，石南輝，焦自權，韋俊，韋嫻. 基于Simufact Welding的焊接仿真及變形分析[J].北部灣大學學報，2020（4）：21-25.

[5]徐文. 汽車焊裝應用機器人焊接仿真技術研究[J].企業科技與發展，2021（11）：66-68.

[6]賈新章，龔自立. 現代工藝水平下工序能力指數Cpk的計算[J]. 西安電子科技大學學報（自然科學版），2001：452-455.