余魁，王佳，王輝（.東風汽車公司技術中心，武漢 430058； .賽科工業(yè)科技開發(fā)有限公司，武漢 430058）

車身尺寸工程中的偏移公差設置

余魁1，王佳1，王輝2
（1.東風汽車公司技術中心，武漢 430058； 2.賽科工業(yè)科技開發(fā)有限公司，武漢 430058）

零部件公差分配是車身尺寸工程中一項重要的環(huán)節(jié)，偏移公差是公差分配的一種特殊形式。文章采用具體實例，闡述了在開發(fā)設計階段根據車身結構特征在零件某些特殊部位設置偏移公差，能有效解決零件匹配過程中的干涉、定位不穩(wěn)等問題，減少模具更改次數，縮短開發(fā)周期。

尺寸工程；偏移公差

余魁

2007年畢業(yè)于華中科技大學材料加工工程專業(yè)，碩士學位，現任東風汽車公司技術中心工程師，研究方向： 轎車車身制造、轎車車身尺寸控制。

轎車車身通常由300～500個左右的形狀復雜的薄板沖壓件，150～250套夾具，在70～120個工位上焊接而成。車身裝配是一種多層次體系結構，若干零件經焊接成分總成，分總成又成為下一層裝配中的零件。在這種復雜的裝配過程中，由于零部件間的干涉、工裝夾具的不穩(wěn)定性、零件本身的偏差、焊接變形、操作等影響，不可避免的會產生并累計尺寸偏差，從而對生產過程和制造質量產生影響。

1　車身尺寸工程的定義

車身尺寸工程貫穿車身概念設計、工程化樣車、工裝及試生產階段全過程， 包括設計同步工程階段的DTS目標值的定義、零件定位基準設計、公差分配及校核，測點及監(jiān)控計劃制定，并且延伸零件的模具設計、檢具設計、夾具設計，試制階段的車身精度調試以及量產后的尺寸監(jiān)控和偏差分析。尺寸工程各階段工作見表1：

表1　尺寸工程各階段工作

2　偏移公差的設置

生產實踐的經驗表明：在正常條件下加工一批零件，其產品的質量特征一般都服從正態(tài)分布規(guī)律。通過公差分配得到的車身零件幾何尺寸公差，其公差帶通常是沿零件理論設計尺寸對稱分布。零件按產品數模加工制造完成后，在車身裝配過程中，存在零件雖在公差范圍內，但仍出現零件間干涉、裝配困難或裝配不到位現象，從而影響整車尺寸質量。如圖1所示，陰影部分區(qū)域零件1與零件2均在公差范圍以內，但零件發(fā)生干涉。在這種情況下通常需要分析零件偏移量，通過修正模具來解決干涉問題，從而增加了調試的周期。

在產品公差設計階段，預測零件匹配過程中可能產生干涉的部位，將公差中心向某一方向移動一定的偏移量，使其避免干涉，這種偏移零件初始公差中心，就是偏移公差或移動公差，它是車身尺寸工程的一部分。

2.1車身零部件偏移公差分類

1）零件之間多個方向的表面全接觸（如U形件），由于零件存在尺寸偏差和波動，易產生干涉現象，導致零件無法放入。在設定該零件公差時，預先將零件貼合面設定偏移量，可以有效避免干涉。

例：側圍B柱加強板與側圍鉸鏈安裝板焊接時，為避免側圍鉸鏈安裝板在夾具上放入困難，對鉸鏈側圍安裝板U形槽兩側公差中心向里偏移0.5mm，如圖2所示：

2）零件功能優(yōu)先的面的偏移。零件之間在多個平行的面進行裝配時，由于制造偏差，無法保證多個平行平面完全貼合。根據功能分析，對優(yōu)先保證的面進行偏移公差，以確保零件關鍵功能面的裝配貼合。

例：如圖3所示，側圍B柱上加強板與側圍外板裝配焊接時存在車門鉸鏈安裝面與法蘭邊兩個平行的裝配面，車門鉸鏈安裝面的精度直接影響車門的裝配位置，從而影響車身的密封性及外觀尺寸，同時側圍外板與B柱上加強板的貼合間隙也會造成螺栓打緊后的扭矩損失，引起車門耐久后門下垂，因此，車門鉸鏈安裝面是優(yōu)先保證的裝配面。于是對側圍B柱上加強板鉸鏈面向車外偏移0.5mm，確保其與側圍外板在該區(qū)域的貼合。類似零件還有門鉸鏈加強板，懸置定位加強板等。

3）零件的某些部位設計臺階，起到避讓作用，通常為三層板（或以上）焊接，這種情況往往需要對凸緣臺階設定偏移公差確保臺階深度以抵消焊接帶來的膨脹。

如圖4所示a）為三層板、b）為四層板貼合情況下，對零件凸緣臺階進行偏移公差0.4mm和0.6mm。

4）影響車身外觀尺寸，零件之間大范圍的多層板以對接方式進行焊接，如圖5所示，需要對零件的對接接頭進行的補償性偏移。

例：地板與側圍合拼，由于零件翻邊接觸面較大，并且翻邊面的輪廓度難以保證，地板翻邊Y+方向最大偏差部位與側圍Y-方向法蘭邊最大偏差部位最先接觸，再加上焊接帶來的膨脹，使整個車身朝車外變寬，一般情況下約1～2mm。因此需要對地板區(qū)域沖壓件設置偏移公差，保證車身的開度，如圖6（b）所示。此處涉及的偏移零件為：邊縱梁，前圍板，風窗下蓋板，后輪罩，翼子板里板，后地板等等。

5）為了滿足制造工藝需求進行的公差偏移

例：車門內外板包邊面，如圖7（a）所示，對車門外翻邊面進行偏移，保證在包邊過程中內板零件的放入。圖7（b）所示，對內板零件法蘭邊進行偏移公差設置，防止包邊后外板表面出現褶痕。

此類的偏移都是為了某種如制造過程中如預彎角，抗回彈等等各種因素進行的偏移，與制造工藝結合緊密，需要根據各個專業(yè)的意見給定。2.2移動公差值的設定值

上述對移動公差的設定部位進行了分類介紹，下面介紹移動公差的設定值：日韓系的車多采用0.5，0.7，1.0等固定值對搭接零件中的干涉部分等進行偏移補償，這種方法要求設計人員具有豐富的現場經驗；另一種采用數學模型進行分配和計算，常用的有均方根法和蒙特卡洛法。均方根法假定各零件服從正態(tài)分布，裝配公差與零件之間是線性關系，可以較快速的得到偏移量并作為零件的公差設定依據，對于平面內二維公差分析具有較高的準確性，應用廣泛；而蒙特卡洛法采用隨機模擬和統(tǒng)計試驗的方法進行求解，通常使用3DCS或VSA等商業(yè)軟件對零件進行建模仿真得到偏移值，適用于零件三維公差分析，但建模復雜，耗時較長。本篇介紹均方根法計算零件公差偏移量。

均方根法的數學表達式如下：

其中Tn表示第n個零件的公差分布。

通過對裝配總成的尺寸鏈分解，利用均方根發(fā)求解目標尺寸的公差帶，然后根據工藝或裝配要求對零件的公差中心進行偏移。

如下圖8所示：地板總成焊接尺寸鏈分解為四項影響因子，求解項為內縱梁與座椅橫梁和前地板之間的間隙波動量，各影響因素量公差帶及均方根法計算的公差帶見表2：

為避免干涉，內縱梁與座椅橫梁最小縫隙為0，通過計算，其公差帶為2.4mm，對座椅橫梁接頭朝車內偏移1.2mm，可保證內縱梁與座椅橫梁間隙范圍為2.4/0mm。

表2　地板總成焊接各組成　單位：mm

2.3偏移公差零件的模夾檢具設計

由于零件設置了偏移公差如圖9（a），零件所對應的模具、夾具、檢具同樣需要做相應的修改。

在對零件進行模具設計的過程中，不僅需考慮零件的回彈補償，還應當充分分析零件的移動公差設置區(qū)域的偏移量，合理設計零件的工藝數模，如圖9（b）所示。

對于夾具設計而言，如果零件移動公差設置區(qū)域沒有支撐加緊點，則不需要對夾具進行調整，如果零件的定位支撐夾緊選擇在移動公差區(qū)域，則需要根據公差偏移方向以及偏移量對夾具的支撐夾緊進行相應的調整，如圖9（c）所示。

同樣，如果檢具的基準零位面設置在零件的移動公差區(qū)域，則需要對檢具的零位面進行偏移看，如圖9（d）；在對零件移動公差區(qū)域進行檢測時，其監(jiān)控上下限需相應的更改。

3　結論

本文對白車身尺寸工程中的偏移公差分類，偏移公差移動量的計算方法，以及涉及偏移公差零件的模夾檢具的設計要求進行了系統(tǒng)的闡述。通過偏移公差的設置，能有效防止試制過程中的反復試模，大大的縮短了產品開發(fā)的周期。

［1］林忠欽.汽車車身制造質量控制技術［M］ 北京：機械工業(yè)出版社，2005.

［2］胡敏.轎車車身尺寸工程概述［J］. 上海汽車，2002（7）：15-18.

［3］林忠欽，胡敏，陳關弄，等.轎車車體裝配偏差研究方法綜述。機械設計與研究，1999（3）：28-60.

［4］李良，王德倫.車身公差分配工程應用.重慶工學院學報，2008，22（11）：16-22.

［5］張以柱，陳少云，陳關龍，等.白車身裝配尺寸偏差模式識別方法研究.機械科學與技術，2002，21（5）：689-691.

專家推薦

王銀明：

該論文具創(chuàng)造性、學術性一般，但有較好的實用價值，對于從事汽車設計的科技人員在工作中具有一定的指導意義。

Excursion Tolerance Allocation of Vehicle Dimension Engineering

YU Kui1，WANG Jia1， WANG Hui2
（ 1.Dongfeng Motor Corporation Technical Center， Wuhan 430058， China； 2. Segula Technologies Greater China Region - Wuhan Branch， Wuhan 430058， China ）

Part tolerance allocation is one of the most important procedures of the vehicle dimension engineering. Excursion tolerance is a special type. The article uses concrete examples to illustrate the allocation of excursion tolerance of the particular component during the design phase. This will resolve the interference and instability of assembling process which will reduce the modifying of the tools and shorten the development cycle.

Vehicle dimension engineering； Excursion tolerance

U466

A

1005-2550（2015）05-0019-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.05.004

2015-04-07