孫志亮

（麥格納斯太爾汽車技術有限公司，湖北 武漢 430056）

一種汽車尾門與后保險杠間隙面差優(yōu)化方案的工裝設計研究

孫志亮

（麥格納斯太爾汽車技術有限公司，湖北 武漢 430056）

伴隨中國汽車工業(yè)的發(fā)展，尺寸工程扮演著重要的作用，它作為一種提升白車身質量的專業(yè)手段，越來越多地應用于汽車設計中。本文首先介紹了尺寸工程的相關理論，通過結合某車型的尾門與后保險杠的間隙面差的缺陷問題分析提出一種新型的工裝設計方案，從而有效控制這一區(qū)域的質量指標，以達到提升整車外觀質量要求。

尺寸工程；工裝；定位原則

CLC NO.:U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)05-44-04

引言

隨著中國經濟的飛速發(fā)展，汽車作為一種消費品越來越多的走進千家萬戶，縱觀中國汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，中國汽車從最初的靠進口到合資品牌造車再到自主品牌，直至 21世紀進口車，合資車，自主車共存的局面，以及新興的新能源汽車的產生，歷程是曲折的，以市場換技術的理念并沒有獲得中國汽車工業(yè)達到國外的水平，究其原因是缺乏科學的汽車制造流程，管理理念，尤其是汽車制造技術發(fā)展落后，在白車身制造精度，裝配精度以及控制方面的技術很難突破，通過合資，尺寸工程的概念逐漸被各大主機廠重視并引入到新車型的設計到制造整個階段，通過尺寸工程的方法實現(xiàn)白車身精度的提升，確保整車裝配品質，以及滿足各種與精度相關的性能提升，為打造高品質的整車奠定了基礎。

1、尺寸工程

1.1 尺寸工程概念

尺寸工程是一個涵蓋產品設計、工裝設計、零件制造及裝配全過程中對目標定義、零件設計階段的零件定位方式和公差定義、制造裝配階段的裝配公差分析，并且根據零件定位、公差表進一步延伸能影響到零件的模具設計、夾具設計、檢具設計和測量設計等一系列的過程控制方法[1]。

因此尺寸工程貫穿了汽車的整個設計生產制造全過程，如圖1，通過前期的DTS設計，零件的定位方式定義，尺寸鏈公差校核，到后期的夾具，檢具設計以及工業(yè)化生產，結合四大工藝沖壓，焊裝，涂裝，總裝來一步步監(jiān)控和改善整車制造質量，從而達到最終目標。

1.2 尺寸工程的研究內容

尺寸工程包括項目前期設計和后期工業(yè)化，其總體內容如圖2所示[2]。

1.2.1 尺寸公差目標設計DTS

DTS(Dimension Tolerance Specification),強調在整車內，外觀匹配區(qū)域的間隙，面差要求及幾何外觀美學，密封性，并根據工藝水平，整車制造能力去確定整車的尺寸控制目標[3]。

1.2.2 定位及公差GD&T

GD&T(Geometry Dimension Tolerance),包含定位基準及被測要素的公差要求，用于指導供應商工裝模具，夾具，檢具設計與制造過程中使零件尺寸精度達到設計要求。

定位系統(tǒng)，歐洲簡稱RPS（Reference Points System），在制造過程中標明焊裝夾具和總裝裝配的定位點信息及工藝要求，也體現(xiàn)了零件的各個特征功能點，在測量過程中RPS也是檢具和CMM測量的定位點和基準點信息，一般要求剛體零件基準體系滿足“3-2-1”定位原則（面-線-點）。

公差設計則必須按照自下而上的方式累積到整車，然后與各級單件，分總成，總成件目標進行比較優(yōu)化超標公差，從而滿足整車DTS性能目標[4]。

1.2.3 虛擬制造

虛擬制造是通過3DCS，VSA等軟件模擬零件在設計階段產生的誤差，還原一個虛擬原型，從而識別哪些是影響尺寸的關鍵特征屬性，從而控制在生產階段的成本和缺陷，提高車身精度[5]。

1.2.4 測量計劃

測量計劃包括測點布置和測量工藝卡制定，通過檢具，三座標，在線檢測等手段實現(xiàn)整車幾何尺寸監(jiān)控，通過工藝卡指標來評價零件的穩(wěn)定性和合格率[6]。

1.2.5 試制及量產階段尺寸工程

在試制和量產過程中，通過對白車身及供應商零件的檢測，同時對比檢具及功能主模型，實現(xiàn)整車內外飾外觀及功能幾何尺寸的質量提升。

2、尾門與后保險杠的間隙面差問題研究

本文主要的研究對象是圍繞某款車型的兩廂車進行，在項目車試制期間，尾門容易受車身波動導致Y向尺寸偏差，從而影響了尾門在后臉區(qū)域的整體外觀，尤其是尾門與后保的Y向間隙，對于兩廂車型，控制好尾門的姿態(tài)對整車后臉區(qū)域的外觀和功能起到至關重要的作用，因此，在各大主機廠尾門區(qū)域的控制標準是整車質量提升的重難點，進而影響顧客對車型的外觀美學吸引力，通過研究此款兩廂車的尾門與后保險杠出現(xiàn)的各種質量缺陷的分析，可以對其他主機廠生產的兩廂車型提供一定的經驗反饋，節(jié)約成本，提高效益。

2.1 尾門與后保險杠的DTS定義

本文所涉及的車型在前期定義DTS：尾門與后保險杠Y向間隙標準3.5+/-1.5mm，面差標準-2+/-2mm，如圖3所示。

在項目試制期間出現(xiàn)較多的缺陷：外觀上尾門與后保左右間隙不一致，甚至干涉，面差高低不一致，功能問題鎖扣異響，干涉，尾門與后?？呐鰧е潞蟊Ｓ推峥牡舻取Ｍㄟ^分析發(fā)現(xiàn)，尾門在車身上的姿態(tài)和后保險杠在車身上的裝配位置以及二者之間的相對位置關系決定了以上缺陷的出現(xiàn)，因此從車身上尾門的定位和后保總成自身的定位基準可以嘗試問題的分析解決。

2.2 尾門和后保定位方式

2.2.1 尾門定位信息

一般兩廂車的尾門在車身上的定位方式采取的是尾門自定位和工裝輔助裝配兩種，尾門自定位的方式對車身的精度控制要求較高，尤其是尾門定位孔的位置度，決定了尾門在車身上的姿態(tài)，但是將尾門鉸鏈集成在尾門總成中，加強對尾門開啟件在檢具上的符合性就容易實現(xiàn)尾門在車身上的裝配符合性，此種方式方便快捷，省時；而使用工裝輔具裝配尾門，對工裝精度要求較高，而工裝的使用容易出現(xiàn)磨損，易造成長久使用尾門在車身上的位置偏置，對車身的依賴性不如自定位方式，因此本文所討論的是尾門自定位的方式進行。

2.2.2 后保定位信息

由于后保險杠屬于大型塑料材質屬性，因此定位信息較復雜，而本文介紹的一種后保險杠的定位思路是其X向與Z向由后保中支架決定，后保中支架裝配在車身后防撞梁上，其Y向是通過定位在翼燈下支架上，而翼燈下支架的位置由翼燈定位在車身上的位置決定，以此整個后保總成裝配在車身上，保證尾門與后保的Y向間隙。

2.3 問題分析

針對項目試制期間所產生的尾門與后保左右間隙不對稱的缺陷，主要原因及解決方法有以下4種：

1. 保證尾門總成在檢具上的符合性；2. 后保險杠在供應商檢具上的符合性；3. 白車身的穩(wěn)定性；

4. 從零件定位來優(yōu)化現(xiàn)有裝配方案；

目前，在保證尾門總成在檢具上的符合性以及后保險杠在供應商檢具上的符合性前提下，從尺寸工程尺寸鏈計算的角度來分析，目前的零件定位方案存在較大的不可控因素，尾門與后保的間隙不對稱問題可由以下鏈環(huán)組成，如表1所示。

表1 尺寸鏈閉環(huán)

從此鏈環(huán)來看，環(huán)數(shù)有12環(huán)之多，即涉及到的零件的波動及裝配帶來的影響非常大，增加的不可控的因素會造成人力，成本，時間等多因素的浪費，不利于問題的解決。

2.4 解決方案

通過尺寸鏈環(huán)的分解，以及工業(yè)化的經驗分析，準備設計一種定位工裝，將現(xiàn)有的后保險杠Y向定位方案改為由尾門鎖扣定位，后保的X向和Z向定位方式維持不變，這樣尾門鎖扣在車身上的Y向位置直接由裝配尾門時打緊定位，因此尾門的位置決定尾門鎖扣Y向，尾門鎖扣的位置決定后保險杠的Y向位置，這樣尾門與后保始終保持著相對位置的變化，尾門與后保左右Y向間隙就能有效保證對稱性，問題就得以解決。

在此車型的試制過程中，對于尾門與后保的間隙面差問題，通過設計工裝，如圖4所示，將后保Y向定位策略和尾門鎖扣關聯(lián)。圖中1-1-Y1是和尾門鎖扣配合，將鎖扣Y向位置傳遞到1-2-Y1和1-3-Y1定位到車身，而1-2-Y1和1-3-Y1分別是左右翼燈下支架的最下排孔，通過原有后保結構不變的情況下將后保裝配到翼燈下支架的定位孔中，即后保Y向位置由尾燈下支架決定，而尾燈下支架Y向位置由此工裝保證，工裝的Y向位置就由尾門鎖扣Y向保證，這樣就實現(xiàn)了尾門與后保的相對位置圍繞尾門鎖扣Y向位置進行。

經過工裝優(yōu)化后保定位方案后對新的定位策略所展現(xiàn)的尺寸鏈環(huán)如表2所示。

表2 優(yōu)化后的尺寸鏈環(huán)

從此鏈環(huán)中可以明確看出，鏈環(huán)明顯縮短了，尾門與后保的間隙面差受零件的波動影響變小，易于維護在工業(yè)化項目階段尾門區(qū)域的DTS目標的穩(wěn)定性。

2.5 效果評價

通過試制和量產階段的不斷驗證，本車型通過優(yōu)化現(xiàn)有定位方案后，優(yōu)化了尾門與后保的間隙面差外觀匹配問題，解決了有關后臉區(qū)域的一系列有關尾門與后保的間隙面差問題及尾門開啟相關功能問題，相關缺陷率迅速下降，保證了在投產后批量生產的穩(wěn)定性，也為工業(yè)化項目的節(jié)點能順利通過，完成上市做好了準備。因此通過此種重新設計工裝來更改零件的定位方式，不僅收益大，而且也為項目開發(fā)節(jié)約了成本，節(jié)省工時。

3、總結

本文通過對汽車尺寸工程的描述，展現(xiàn)了尺寸工程在汽車開發(fā)過程中貫穿的整個流程中的作用，并體現(xiàn)了它在今后汽車研究外觀和功能中所扮演的重要角色，越來越被各大主機廠所應用的趨勢。同時，通過對某款兩廂車型的后臉區(qū)域進行幾何尺寸分析，不僅為其他車型的開發(fā)設計提供了思路，也為工業(yè)化項目利用尺寸工程解決各種實際問題提供了參考。事實證明，本文采用設計工裝的思路，更改零件定位方式，可以有效解決尾門與后保的間隙面差問題，項目的成本和時間得到有效控制，并且減小了因人為因素造成的誤差，提高了裝配精度，具有深遠的意義。

[1] 劉征.白車身尺寸工程概述[J].汽車技術,2012(13).

[2] 楊思源, 涂雄,李軍.尺寸工程在白車身制造過程中的應用[J].重慶理工大學學報：自然科學,2012(6).

[3] 孟玲芬, 武濤.車身尺寸公差及定位系統(tǒng)在汽車設計中的應用[J].中國科技博覽,2012, (28).

[4] 楊將新, 徐旭松,曹衍龍,劉衍聰.基于裝配定位約束的功能公差規(guī)范設計[J], 機械工程學報, 2010, 46(2).

[5] 付紅圣.基于3DCS的白車身子基準的公差設計[J].汽車技術,2014, (7).

[6] 朱正德.現(xiàn)代測量技術在轎車車身匹配工作中的應用[J].實用測試技術,2000,(05).

A research of designed fixture about optimizing the gap and flush between the tailgate and rear bumper

Sun Zhiliang
（Magna Steyr Automotive Technology Ltd., Hubei Wuhan 430056）

With the development of Chinese automobile industry, the geometry engineering highlights its important role, it is used as a major ways to improve the quality of BIW and the automobile design. In order to improve the overall quality requirement, this paper firstly introduced the related theory of the geometry engineering, which provided a new design scheme by analyzing the defect on a car about the tailgate and rear bumper, and then effectively controlled the quality index of this area.

Geometry engineering; fixture; location rule

U463.8

A

1671-7988(2015)05-44-04

孫志亮，就職于麥格納斯太爾汽車技術武漢分公司。