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摘要：汽车副车架常用于轿车、SUV和小型MPV车型，是汽车底盘的重要组成部分，主要用于方向机、稳定杆、发动机悬置等的模块化安装固定，其尺寸精度直接影响车辆操控性和舒适性。目前汽车副车架多由2~4mm中厚板冲压件，采用CO2气体保护焊焊接而成。CO2气体保护焊热量比较集中，热影响区较窄，焊缝数量多，焊接变形 比较大，变形方向和变形量不易控制，因此研究如何控制焊接热变形在实际生产中有重要意义。本文仅从工艺和工装角度出发，以某SUV后副车架为例，讨论副车架CO2焊接尺寸变形的控制方案 。
关键词：副车架；焊接变形；基准
1、工艺流程
1.1产品结构及功能
该后副车架为典型的多连杆独立悬架结构后副车架，在国内许多主流车型如长安福特福克斯、长安CS75、日产逍客等车型上得到广泛应用，通过调整后副车架下摆臂安装偏心螺杆可实现后轮外倾角的调整，提高车辆行驶稳定性，有效降低轮胎的磨损。该后副车架由后副车架本体上/下板等近30个零件采用机器人CO2弧焊方式焊接而成，焊缝总长度多达6300mm，焊接工作量过大，焊接过程中产生大量的热量，进而产生较大的焊接应力及热变形。其主要结构及功能标识见图1（图1不涉及尺寸），其中 1~4为副车架安装及主定位孔，5、6为稳定杆安装螺栓，7、8为后悬减震器安装孔，9~12为上下摆臂安装孔，车体悬架 的大部分部件如减震器、上/下摆臂、稳定杆等通过后副车架安装到车体上，设计要求所有孔位精度保证在±1.5mm（个别要求0.7mm ）之内，并且具有模块化安装要求的孔位精度要同时满足关联尺寸要求。
1.2焊接工艺流程
该结构副车架总成零件数量较多，架构比较复杂，过程控制环节多，过程稳定性较难控制，焊接工艺流程见图２。
2、变形控制方案
后副车架本身结构和功能，决定了实际生产中在保证焊接强度的前提下，需确保关键安装点尺寸精度（见图1），CO焊接热变形是不可避免的，在实际工艺和工装 开发中可从以下几个方面着手控制热变形。
2.1优化焊接工艺流程
焊缝的焊接顺序对变形方向及变形量都将产生较大的影响，焊缝的焊接顺序首先和焊接流程有关，焊接流程确定的基本原则有以下几个方面。
（1）关键控制项尽量放在后工序，保证和基准之间的尺寸链最短，减少工序间的偏差累积。如焊接套筒只和后副车架本体焊接，可以选择和本体焊接完成后再和前横梁拼焊（见图2中的虚线），由于套筒是后副车架的安装和检测基准，放在后工序可直接和前横梁安装尺寸产生关联，减少尺寸累积误差。
（2）关联尺寸零件在同一序完成焊接。如后副车架摆臂安装的四个调整支架，可分别两两焊接在前横梁的前后板上，也可分别和前横梁前板和后板进行焊接，再拼合成前横梁总成，但由于调整支架的位置和后轮外倾角有关，要求在一个工序完成，以保证其相对位置关系。
（3）尽量减少焊接工序和装件次数，缩短尺寸链的长度。在满足产能需求的前提下，尽可能减少零件的装件次数，如不能满足节拍需求，可采取补焊、复制夹具等方法，不建议采用点焊常用 的拆分工序法。 如后副车架焊接总成工序，为保证后副车架安装基准和减震器安装孔尺寸，和本体和前横梁放在同一序进行焊接，缩短了尺寸链长度，减少了装件次数，但是同一序需要焊接的工作量变大，导致该工序工时过长，不能满足产能节拍要求，在规划中采用了双夹具方式，一套用来装件，一套焊接，采用变位机进行切换，一次装件即可完成焊接，大大减少了尺寸损失。
2.2优化焊缝焊接顺序
同一工序内，焊缝的长度和焊接顺序等因素也会影响变形量。
（1）优化焊缝长度，分散焊接变形量。该后副车架设计焊缝长度多在100~200mm之间，其中最长焊缝达3.5mm，按最初方案焊接，将产生很大的变形量，在实践中发现，焊缝合理长度为60~80mm，间隔10~15mm，为此，我们对焊缝长度进行了优化，经验证大大减少了变形量。
（2）优化焊缝焊接顺序，采用对称焊接、间隔焊接等方法可大量减少或抵消焊接变形量。在实际生产实践中，大多数零件结构和焊缝是对称设计的，可采用对称焊接方法抵消热变形。譬如在本体和前横梁总成焊接时，采用2台焊接机器手采用左右对称的方式进行焊接，大大减少或抵消了焊接变形量。对于焊缝数量多，同一工序内焊接量大的工位，在对称焊接的基础上，可采用焊缝间隔法进行焊接，或者先进行固定焊再进行补焊的方法。
2.3采用专业工装设备
（1）工装设备结构尤其是定位基准选择对尺寸的控制尤为重要。在产品结构分析基础上，结合对总成基准体系分析并进行反复试焊验证，总结了定位基准选择的基本原则：①所有的工装统一采用整车基准，便于在后续调试过程中直接进行数据分析，避免基准转化带来的误差及计算量；②直接采用功能孔作为基准，缩短尺寸链长度，减少因采用工艺孔定位转化带来的尺寸误差，降低对冲压件尺寸精度要求；③可直接采用产品基准，减少基准转化，在夹具调试 直接使用产品基准，不使用夹具BASE 进行转化，减少了夹具本身制造或装配误差对尺寸的影响。
（2）焊接设备尤其是定位夹具本身强度对尺寸精度影响较大。由于副车架零件料比其他常见汽车钣金件要厚，采用高强度冷轧酸洗板，装夹应力大，同时焊接热变形将产生很大的应力，故对夹具强度提出更高的要求。在进行工装开发时，一定要确保结构强度，如夹具BASE采用整体框架式结构，气缸采用专用带自锁机构气缸等。
（3）采用反变形方法进行夹具调试。热变形需要通过反复试验、检测，分析变形方向及变形量，采用反变形法调整夹具，使变形后的尺寸符合图纸要求。如在进行焊接套管焊接时，由于焊接后冷却收缩，焊接套管一之间的相对尺寸缩短1.5mm左右，直接影响后副车架在车身上的安装，在进行夹具调试时，调整两个焊接套管一定位销 间距大于理论尺寸1.7mm，收缩后正好满足图纸要求。在实践中。焊接流程和顺序确定后，变形方向容易确定，变形量的具体数值及反变形调整量需要反复进行试验去验证，常规的测量方法难以满足要求，需要采用关节臂、悬臂式测量机等CMM测量设备进行准确的测量。
结语：副车架在焊接过程中产生热变形是不可避免的，控制和矫正变形的方法有很多，在生产实践上多从工艺和工装方案两个方面着手进行控制。不管采用哪种方法，变形 控制都需从整体人手，才能有效控制焊接变形量，保证其尺寸精度满足功能要求。
参考文献：
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[3] 陈媛媛，徐浩，魏庆丰.汽车车架的焊接变形控制[J].汽车与配件，2014，（06）：59-61.
论文作者:钱在
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第04期
论文发表时间:2019/6/21
标签：车架论文; 尺寸论文; 基准论文; 夹具论文; 工序论文; 横梁论文; 工装论文; 《工程管理前沿》2019年第04期论文;