王祿史,曾平，高欽杰

(廣汽乘用車(chē)有限公司，廣東廣州 511434)

0 引言

汽車(chē)制造是一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程，涉及從原材料選定、造型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝設(shè)計(jì)、試制制造、量產(chǎn)制造的全過(guò)程。零件單品、總成的制造偏差，工裝設(shè)備以及裝配的穩(wěn)定性，物流運(yùn)輸過(guò)程中的變形，環(huán)境變化、濕度變化等對(duì)汽車(chē)零部件的影響都會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)產(chǎn)品最終的尺寸質(zhì)量。開(kāi)閉件作為汽車(chē)車(chē)身的運(yùn)動(dòng)部件，具有靈活性、堅(jiān)固性、密封性等重要等級(jí)需求，因此開(kāi)閉件總成對(duì)各部件的功能尺寸精度和裝配有嚴(yán)格的要求，各部件的制造精度和裝配水平能直接影響整車(chē)的性能和質(zhì)量，同時(shí)對(duì)感知質(zhì)量產(chǎn)生顯著的影響，直接使客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面的印象。開(kāi)閉件的尺寸匹配的提升過(guò)程，需要從設(shè)計(jì)到工藝制造的全策劃系統(tǒng)工程。新車(chē)型開(kāi)閉件尺寸培育提升方案眾多，余魁等人[1]將車(chē)身特殊部位設(shè)置偏移公差，有效解決零件匹配中干涉、定位不穩(wěn)定等問(wèn)題，縮短品熟周期等。還有虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用，在虛擬環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行裝配過(guò)程仿真、公差分析、裝配工藝規(guī)劃[2]，有效規(guī)避設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)。

本文作者闡述了新車(chē)型開(kāi)閉件的尺寸培育提升方法，主要通過(guò)尺寸前期同步工程優(yōu)化和后期尺寸匹配的提升，使其外觀(guān)品質(zhì)和性能不斷地提升，從而提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

1 尺寸前期同步工程優(yōu)化

尺寸前期工程貫穿于新車(chē)型開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段，例如可研、概念設(shè)計(jì)階段、詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證、產(chǎn)品生產(chǎn)準(zhǔn)備、量產(chǎn)階段等。即尺寸同步工程是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝生產(chǎn)、質(zhì)量控制的紐帶。參與產(chǎn)品前期同步工程，可根據(jù)多年的制造經(jīng)驗(yàn)，在前期造型結(jié)構(gòu)階段就要做正確的系統(tǒng)工程，提出開(kāi)閉件制造工藝的約束，確認(rèn)造型結(jié)構(gòu)匹配公差的不可達(dá)性，該階段就要把缺陷或者錯(cuò)誤消除。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可以規(guī)避尺寸設(shè)計(jì)問(wèn)題，這對(duì)后期尺寸匹配精度達(dá)成和制造工序保證能力有很大幫忙，可以降低后期制造的設(shè)計(jì)變更時(shí)間和不必要成本浪費(fèi)，即降低整車(chē)的尺寸設(shè)計(jì)缺陷問(wèn)題，提升完成車(chē)外觀(guān)匹配品質(zhì)的一次達(dá)成率。

1.1 造型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

制造領(lǐng)域前期參與造型結(jié)構(gòu)評(píng)審主要的目的是提前識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)的造型結(jié)構(gòu)特征，避免過(guò)激的造型，以降低零件匹配難度，減少尺寸匹配精度需求，降低工藝制造成本。例如某A車(chē)型設(shè)計(jì)B燈厚度設(shè)計(jì)較厚，導(dǎo)致后蓋B燈罩內(nèi)板匹配結(jié)構(gòu)的深度增加，需分體式燈罩結(jié)構(gòu)與之匹配，分體式燈罩焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及多個(gè)方向型面焊接，焊接精度非常不穩(wěn)定，無(wú)法達(dá)成周邊型面匹配需求。例如某B車(chē)型優(yōu)化B燈造型結(jié)構(gòu)后，無(wú)需分體式燈罩，燈罩已集成至尾蓋外板上，沖壓一體式成型結(jié)構(gòu)，零件精度制造穩(wěn)定，容易達(dá)成周邊型面匹配要求，可降低制造質(zhì)量不良的返修成本，如圖1和圖2所示。

圖1 B燈罩分體式結(jié)構(gòu)

圖2 B燈罩一體式結(jié)構(gòu)

1.2 RPS定位優(yōu)化

定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于零部件的材料、形狀、大小各異，為保證其定位穩(wěn)定性，經(jīng)常會(huì)在3-2-1定位原則的基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸，形成過(guò)約束，主要有N-2-1、3-2-2、3-3-2、N-N-N等[3]。例如后門(mén)外板定位基準(zhǔn)進(jìn)行分析，零件尺寸較大，材料厚度0.7 mm較薄，剛性較差；從3-2-1的原則設(shè)計(jì)3個(gè)定位面是無(wú)法將零件正常支撐在檢具上的，受重力影響，零件局部會(huì)有下沉和變形的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致零件無(wú)法正常安裝定位檢測(cè)，圖3和圖4為對(duì)后門(mén)外板不同的定位策略CAE仿真技術(shù)分析，通過(guò)分析定位點(diǎn)布局，可得出最佳的定位方式，保證零件定位合理性，確定最合適的定位位置和數(shù)量，可有效提升開(kāi)閉件尺寸品培熟成的周期。

圖3 CAE仿真分析1

圖4 CAE仿真分析2

1.3 零件公差的優(yōu)化

尺寸及形位公差(Geometry Dimension and Tolerance,GD & T)是機(jī)械工程制圖中的使用語(yǔ)言，用來(lái)有效和準(zhǔn)確地表達(dá)零件和裝配件的幾何要素[4]。某SUV車(chē)型窗框與門(mén)內(nèi)板分體焊接式結(jié)構(gòu)，兩個(gè)零件焊接面的公差設(shè)定不合理，焊接后直接影響到門(mén)總成窗框部位的功能尺寸。主要原因是窗框腰線(xiàn)部位焊接面極差1.0 mm(圖紙管控公差±0.5 mm,無(wú)極差管控),內(nèi)板焊接面極差1.0 mm(圖紙管控公差±0.5 mm,無(wú)極差管控),兩個(gè)零件的匹配面精度偏差方向相反，導(dǎo)致兩個(gè)零件焊接面的匹配存在局部的間隙，焊接后門(mén)總成窗框功能尺寸超差。通過(guò)修正匹配不好的部位后，不存在干涉和間隙，即焊接后精度無(wú)變化。因此窗框焊接面和內(nèi)板焊接面修模改善到極差0.5 mm,有效保證門(mén)總成窗框焊接精度。即后續(xù)新車(chē)型窗框焊接面和內(nèi)板匹配焊接面的公差優(yōu)化，極差管控基準(zhǔn)為不大于0.5 mm，有效解決零件匹配干涉或間隙大導(dǎo)致焊接總成精度的超差。

1.4 三維尺寸鏈分析優(yōu)化

三維公差分析是對(duì)車(chē)身尺寸公差進(jìn)行自下而上的公差三維建模仿真過(guò)程，宗旨是在成本、制造能力范圍內(nèi)合理分配零部件制造公差，使車(chē)身尺寸公差目標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，這時(shí)候要求從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等方面找到影響因素，減少偏差源，或者通過(guò)更改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將車(chē)身公差累積到非重要的特征上(不影響整車(chē)外觀(guān)、整車(chē)性能等的區(qū)域)[3]。這是目前尺寸專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域主流的三維仿真分析技術(shù)。某SUV車(chē)型前后門(mén)間隙公差帶目標(biāo)±0.7 mm,前后門(mén)窗框配合間隙公差帶±1.0 mm。如圖5和圖6所示，通過(guò)三維尺寸鏈分析可以驗(yàn)證公差帶設(shè)計(jì)合理性,以及零部件的公差貢獻(xiàn)度大小，識(shí)別到風(fēng)險(xiǎn)是否可控，提前做好公差的優(yōu)化方案，可避免后期制造難度。

圖5 前門(mén)和后門(mén)間隙CAE分析

圖6 后門(mén)窗框與前門(mén)窗框間隙CAE分析

2 尺寸后期匹配的提升

2.1 焊接工裝高精度保證

開(kāi)閉件焊接工裝是保證零件定位、焊接尺寸符合產(chǎn)品圖樣技術(shù)要求，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的工裝夾具。焊接夾具要求：

(1)夾具測(cè)量定位銷(xiāo)精度保證不大于±0.1，基準(zhǔn)塊不大于±0.1，夾具100%完全尺寸精度測(cè)量;

(2)活動(dòng)定位機(jī)構(gòu)重復(fù)性測(cè)量10次(計(jì)算CP≥1.33，CPK≥1.33),夾具100%完成重復(fù)性測(cè)量;

(3)夾具鋼板尺寸間隙保證，STOP塊必須研磨貼合，鋼板間隙標(biāo)準(zhǔn)按照零件間隙調(diào)試，一般情況，焊接夾具的壓頭/支撐塊間的間隙等于零件的最大厚度，外觀(guān)零件壓緊后無(wú)變形。

2.2 焊接工序變量消除

汽車(chē)開(kāi)閉件焊接有6～7道工序，工序焊接穩(wěn)定性保證能力至關(guān)重要，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)質(zhì)量的可靠性。通過(guò)驗(yàn)證工序影響因素，其中包括人員習(xí)熟度、工裝夾具、零件精度、焊點(diǎn)布局、焊接參數(shù)、工藝順序、工作環(huán)境等的影響。

其工序零件匹配解析：零件與夾具配合狀態(tài)確認(rèn)(間隙或干涉)，零件與零件配合狀態(tài)確認(rèn)(間隙或干涉)，在夾具夾緊狀態(tài)下，確認(rèn)零件在夾具上定位是否穩(wěn)定，基準(zhǔn)點(diǎn)是否貼合，目視或塞片尺確認(rèn)夾具基準(zhǔn)銷(xiāo)、基準(zhǔn)面、壓塊是否與零件干涉，檢查零件與零件配合是否間隙過(guò)大或干涉等。

調(diào)試改善方法：(1)確認(rèn)能否通過(guò)調(diào)整夾具消除夾具與零件干涉或間隙；(2)確認(rèn)能否打磨或返修消除配合干涉或間隙部位；(3)確認(rèn)能否通過(guò)夾具反變形調(diào)整改善；(4)記錄夾具調(diào)整、返修清單，確認(rèn)工序變量消除的結(jié)果。

2.3 裝具定位優(yōu)化

關(guān)于四門(mén)兩蓋的裝配能反映整車(chē)制造工藝的水平，裝具的定位系統(tǒng)決定四門(mén)兩蓋裝配的精致性和穩(wěn)定性。例如某車(chē)型的車(chē)門(mén)鉸鏈樣式是普通的鑄造鉸鏈，先通過(guò)鉸鏈安裝夾具裝配到車(chē)身上后，鉸鏈車(chē)門(mén)頁(yè)與門(mén)總成螺母板孔通過(guò)自定位螺栓連接。白車(chē)身裝配后車(chē)門(mén)配合間隙不穩(wěn)定，前后門(mén)匹配間隙波動(dòng)較大，沒(méi)有滿(mǎn)足整車(chē)DTS定義的(3.5±0.7)mm的要求，必須要人工返修調(diào)整，增加工人的勞動(dòng)負(fù)荷，影響生產(chǎn)的節(jié)拍工時(shí)。通過(guò)以下兩點(diǎn)的優(yōu)化可有效提升裝配精致性和穩(wěn)定性。

(1)將四門(mén)鉸鏈安裝夾具定位銷(xiāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化(圖7)，原先以常規(guī)圓形銷(xiāo)和菱形銷(xiāo)結(jié)合的定位方式，改成膨脹銷(xiāo)結(jié)構(gòu)，可徑向尺寸進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，有效解決由于沖壓件定位孔精度波動(dòng)以及多工序焊接后定位孔的變形，導(dǎo)致鉸鏈工裝銷(xiāo)與孔匹配間隙不穩(wěn)定的問(wèn)題。

圖7 四門(mén)鉸鏈安裝夾具定位圖

(2)原鉸鏈單品固定到夾緊鉸鏈定位模塊處，即鉸鏈單品Y向相對(duì)裝具Y向的支撐夾緊塊相對(duì)位置不變，車(chē)身側(cè)圍法蘭面是夾具Y向定位基準(zhǔn)面，那么裝具定位到車(chē)身后，鉸鏈單品車(chē)身連接頁(yè)與側(cè)圍鉸鏈安裝面存在間隙或者干涉，鉸鏈打緊螺栓后位置度存在較大偏差。其主要原因是裝具的鉸鏈單品定位模塊設(shè)計(jì)的Y向存在過(guò)定位。因此，將裝具的鉸鏈定位模塊Y向釋放，即原固定模塊更改為模塊Y向?qū)к壔瑒?dòng)結(jié)構(gòu)，裝具的鉸鏈定位模塊更改為X和Z向，Y向由車(chē)身安裝面精度決定?？捎行У叵^(guò)定位導(dǎo)致的鉸鏈安裝不穩(wěn)定，提高前門(mén)總成和后門(mén)總成裝配配合間隙的穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)開(kāi)閉件的尺寸培育是系統(tǒng)的技術(shù)工程，從產(chǎn)品立項(xiàng)開(kāi)始，要有效地將設(shè)計(jì)和制造緊密地聯(lián)系起來(lái)，有效利用相關(guān)先進(jìn)的工程技術(shù)，正確地開(kāi)展產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定位、公差設(shè)計(jì)、工藝方案設(shè)計(jì)等。結(jié)合過(guò)往的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，快速、有效地尺寸培育，縮短項(xiàng)目研發(fā)周期，最終達(dá)成整車(chē)尺寸目標(biāo)。汽車(chē)不僅作為交通工具，更是要打造藝術(shù)品精致的外觀(guān)，提高用戶(hù)的感知愉悅感，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)品牌精致價(jià)值。