天窗系列产品质量前期策划

文/张航伟·东风（武汉）实业有限公司

天窗系列产品质量前期策划

文/张航伟·东风（武汉）实业有限公司

张航伟，工程师，技术部副主任。研究成果：B73/B53/BX3/B51天窗加强环总成的开发。

在汽车天窗顶盖焊接装配过程中，天窗加强环与天窗顶盖之间的焊接包边，以及天窗顶盖总成与天窗总成的装配，一直是轿车行业顶盖区域的难点。

天窗顶盖在焊接装配时易出现的问题

在汽车天窗顶盖焊接装配过程中，最容易出现以下问题：

⑴天窗顶盖总成往往出现凸包（图1），影响整车外观。

⑵螺柱垂直度不好，使天窗总成无法安装。

这些问题在汽车生产过程中，一直困扰着技术人员和调试人员。

在国内外轿车行业竞争日趋激烈的形势下，为避免以上缺陷，主机厂对天窗顶盖总成各子件质量要求日趋严格。为了减少调试时间，降低调试成本，对天窗加强环产品的质量控制及调试方法需要有更可行的方案。

凸包问题的解决方案及方法

焊点的布置

在天窗加强环与天窗顶盖焊接过程中，焊点的位置相当重要。焊接时，焊钳会向天窗顶盖和天窗加强环之间施加拉力，由于天窗加强环产品的材料厚度及材料强度远远大于天窗顶盖，致使拉力产生后天窗顶盖翻边区域向天窗加强环靠拢（图2）。这样，由于天窗顶盖的产品形状，此拉力会转换成扭力施加在天窗顶盖A级外观面处，致使凸包产生。

为解决由于焊点产生的凸包问题，在产品设计阶段，焊点位置可尽量往下方及修边线方向移动，这样会使扭矩减小，传递到A级面上的扭力同时也会减小，从而使凸包问题得到缓解。

图1 天窗总成凸包

图2 焊接焊点及A级面受力过程

修边线对A级面的影响及控制方法

天窗加强环零件的修边线与天窗顶盖的修边线高度对产品凸包缺陷有影响。首先，天窗顶盖总成部分区域要求包边工艺，天窗顶盖的修边线高度必须高于天窗加强环，且必须根据包边量设置合理的高度差（图3）；另外，由于实际产品上天窗加强环与天窗顶盖零件都会在公差范围内有部分尺寸波动，这样在两个翻边的贴合处有少量间隙，而减短天窗加强环修边线会使间隙产生的风险降到最低。

图3 修边线的设计

为解决修边线问题，在产品设计同步工程阶段，合理布置包边量，根据包边量和天窗顶盖翻边高度综合考虑设置天窗加强环零件翻边修边线高度。

包边焊接顺序对A级面的影响及控制方法

天窗加强环与天窗顶盖之间有4条翻边面贴合，其中有3条边是焊接边，1条边为包边边。如按照主机厂以前的工艺，先包1条边然后焊接另外3条边，则这3条边在焊接时对产品产生的应力没有平衡点，致使产生的焊接扭力大，产品凸包严重；相反，若先焊接3条边后包边剩余的1条边，则由于包边翻边面较窄，产生的应力很小，就能够很大程度地缓解产品焊接包边过程中对A级面的影响。

此方案是经过技术人员和调试人员在现场反复地进行先焊接后包边或先包边后焊接的试验验证，确定的最优版工艺顺序。

产品定义对A级面的影响

如图3所示，天窗顶盖与天窗加强环之间翻边处R角过渡，天窗顶盖的R角和天窗加强环的R角不一致，由于此差异，天窗顶盖与天窗加强环R角区域出现间隙。由于焊接包边过程容易出现扭力，在产品设计阶段，可通过对这两个R角的合理设置，在不影响焊接包边的情况下，加大此处间隙，为产品焊接包边扭力提供缓冲，使扭力传递到A级面上的力矩大幅度减小，进而缓解凸包缺陷。

在产品设计过程中，天窗加强环螺钉焊接面往往设计为凸出型面，且过渡面很窄，如图4所示。此种设计A级面（红色区域）在实际情况下无法做成平面，造成天窗加强环零件与顶盖为线接触，在焊接时受到轻微拉力便会使顶盖凸起，产生缺陷。为避免此缺陷，在产品设计阶段，建议将此处平面宽度设计为10mm以上。

图4 天窗加强环螺钉焊接面的改造

翻边面实际情况对A级面的影响及控制方法

天窗顶盖与天窗加强环焊接包边区域为4条翻边，此4条翻边理论上完全贴合，但在实际生产过程中，由于公差影响，往往两个翻边之间会产生间隙，间隙的类型分为三种，即v形、n形和不规则形，如图5所示。

图5 n形和v形翻边间隙

对于v形和n形翻边间隙而言，焊接包边对A级面传递的扭力方向不同。其中，n形间隙对A级面传递的扭力方向向上，而v形间隙产生的扭力向下。由此不难看出，v形间隙对A级面影响不大，不至于使A级面产生凸包，而n形间隙则对A级面产生明显向上的扭力，致使A级面出现凸包缺陷。至于另一种不规则形翻边间隙则是由于产品不合格产生的，会造成零件不稳定，必须杜绝此种情况。

针对以上情况，在产品公差设计过程中，翻边角度天窗加强环在公差±0.5mm的前提下必须沿Y向走正偏差，即0～0.5mm；相反，天窗顶盖必须是负差，即-0.5～0mm，这样，在焊接过程中就不会产生n形翻边间隙。

产品适配

如图6所示，天窗加强环与天窗顶盖A级面之间有很大一部分面积处于贴合状态，由于天窗顶盖产品材料薄，材质相对较软，如果天窗加强环与天窗顶盖之间稍有偏差，就会使天窗顶盖A级面出现凸包缺陷。

图6 加强环与A级面的贴合部分

针对此问题，必须对天窗顶盖零件进行详细的分析检测，并根据检测结果做逆向工程，然后根据逆向工程数据调试天窗加强环贴合面，达到与天窗顶盖配合无干涉的目的，如图7所示为贴合面调整逆向点位。

图7 贴合面调整逆向点位

焊接螺柱问题的解决方案及方法

使用螺柱防错电检装置和螺钉垂直度检验装置

天窗加强环总成焊接螺钉大多为非标螺柱，且必须保证9个螺钉全部通过安装孔，这些螺柱从工艺角度讲只能通过固定点焊机用人工控制焊接。在焊接过程中，人为因素较高，很难保证垂直度全部满足设计要求。为解决此问题，我公司专门开发制作了螺柱防错电检装置和螺钉垂直度检验装置（图8），通过此装置可100%控制零件螺柱的垂直度。

电检工装的主要原理是根据螺柱长短不一设置感应器，如错焊，则感应器无法感应到螺柱，红灯亮起。使用电检工装主要是为了防止错焊螺柱。在检测时，人工将产品按定位放入电检工装中，打开控制开关，如绿灯全亮，则没有错焊，零件合格；如有红灯亮，则有错焊螺柱情况。

天窗加强环零件螺柱垂直度检测工装是模拟装车环境，按翻边大孔定位固定零件，然后检测9个螺柱的垂直度，如垂直度有问题，直接通过返修再检测的方式保证出库的零件完全合格。

图8 螺柱防错电检装置和螺钉垂直度检验装置

此项天窗加强环检测技术已获国家实用新型专利。

增加天窗加强环的设计

天窗加强环在设计过程中，必须考虑避免影响螺柱垂直度的因素。如图9所示是不合理的设计，如图10所示是合理的设计。

图9的设计中，螺柱底平面小部分已经超出产品平面，当焊接力施加在螺柱上时，由于悬空部分没有平面着力，螺柱悬空部分在焊接力的作用下会下沉，导致螺柱倾斜超差。

为避免以上问题，在产品设计过程中，应按照图10的方案设计，保障螺柱边缘与冲压件圆角边缘至少1mm距离。这样，在螺柱焊接时可以保障受力平衡，减小螺柱因受力不平衡造成的垂直度超差。

图9 不合理的天窗加强环设计

图10 合理的天窗加强环设计

结束语

综上，在产品设计和调试过程中，要充分考虑产品缺陷以及造成缺陷的原因，利用FMEA和APQP等手段，合理设计产品定义，选择适当的调试方法，最终实现消除产品缺陷的目的。