曾平，劉鵬，高欽杰

(廣汽乘用車有限公司，廣東廣州 511434)

0 引言

隨著消費水平的提高，汽車購買消費者逐漸從基礎(chǔ)的可靠性需求面向感官品質(zhì)和性能的升級，在靜態(tài)感知質(zhì)量中[1-3]，整車的精致工程越來越重要，消費者雖然無法通過精致工程來直接判斷質(zhì)量水平，但能通過感官知覺讓產(chǎn)品“看起來”是一個高質(zhì)量的產(chǎn)品，提高用戶滿意度，從而直接影響消費者的購買欲望。

汽車前臉的感知質(zhì)量是影響客戶視覺感知最為明顯的區(qū)域之一[4]，通過車展調(diào)研發(fā)現(xiàn)，很多的品牌在前臉造型時為了提升視覺的沖擊和感知質(zhì)量的美觀，以及碰撞行人保護的法規(guī)要求，發(fā)動機罩與格柵亮條或者前保飾板與發(fā)動機罩設(shè)計存在較高要求間隙/段差配合(比如合資品牌奔馳E級、大眾威然、本田凌派、日產(chǎn)新款軒逸；自主品牌傳祺GS8/GM8、小鵬P7、吉利星銳等)，該位置的配合在品培階段一直是個重點同時也是難點課題，受零件精度尺寸累計波動的影響，導(dǎo)致發(fā)動機罩與亮條間隙或者段差超差或配合不均勻，嚴(yán)重影響商品性。

本文作者基于某車型品質(zhì)培育過程中出現(xiàn)的發(fā)動機罩與格柵亮條配合存在間隙/段差問題進行分析研究，通過前端模塊設(shè)計結(jié)構(gòu)定位方案的優(yōu)化、前端模塊工裝定位方案的優(yōu)化以及車身結(jié)構(gòu)定位方案的優(yōu)化，提供了一種低成本的系統(tǒng)解決方案，提升發(fā)蓋與亮條設(shè)計存在間隙段差的精度保證能力，提升外觀精致性。

1 問題描述

公司多款車型前端發(fā)動機罩與亮條存在間隙配合，以其中某款MPV為例，在品質(zhì)培育階段，出現(xiàn)批量發(fā)動機罩與亮條間隙/段差不良，圖1為量產(chǎn)初期采集10臺數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，實測間隙在4.0～6.5 mm波動,實測段差在-3.0～2.5 mm之間波動(DTS要求:間隙(4.5±1.5)mm//1.5，段差(-1.0±1.5)mm),試制階段不良率約60%，通過試制階段零件精度的不斷提升，量產(chǎn)初期在前端模塊單品、格柵亮條單品、翼子板單品及發(fā)動機罩總成精度達到GDT圖紙定義的公差要求時，在線流動不良率仍有20%～30%，量產(chǎn)階段經(jīng)過不斷的工裝及零件適配調(diào)整，量產(chǎn)3個月在線流動仍然存在5%～10%的不良發(fā)生率，需要額外增加臨時調(diào)整人員，對格柵亮條及發(fā)蓋進行復(fù)合調(diào)整吸收公差波動來保證滿足出車標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 MPV量產(chǎn)初期采集10臺數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀

2 相關(guān)數(shù)據(jù)輸入

2.1 DTS要求

尺寸公差技術(shù)規(guī)范(Dimension Tolerance Specification，DTS)規(guī)定了汽車整車內(nèi)、外觀匹配區(qū)域的間隙及面差等尺寸理論值及公差，涉及從造型到整車的制造全過程，是整車靜態(tài)感知質(zhì)量的一個重要指標(biāo)[5]。DTS文件中發(fā)動機罩與格柵亮條的間隙/段差要求見表1，其斷面圖如圖2所示。

表1 DTS要求

圖2 斷面圖

2.2 設(shè)計結(jié)構(gòu)及裝配流程分析

分析該MPV車型結(jié)構(gòu)，與發(fā)動機罩和亮條精度控制相關(guān)聯(lián)的零件分別有發(fā)動機罩、翼子板、前端模塊、前保險杠、格柵、前端亮條等(圖3)，各相關(guān)聯(lián)零件裝配流程如圖4所示，在焊裝科內(nèi)發(fā)動機罩、翼子板的裝配通過工裝進行定位，進入總裝后，前端模塊通過工裝進行裝配，前保險杠通過卡扣自定位安裝，前保險杠前端的Z向定位點在前端模塊的自定位支架上，格柵亮條直接安裝在前保上，與前保險杠自定位連接，發(fā)動機罩鎖自定位安裝在前端模塊上，通過工藝流程分析，除了零件本身的單品精度控制外，發(fā)動機罩和翼子板焊裝科內(nèi)安裝精度，以及前端模塊在總裝的安裝精度尤為重要，對量產(chǎn)后發(fā)動機罩與亮條的配合波動起到了決定性影響。

圖3 精度相關(guān)聯(lián)零件圖

圖4 發(fā)動機罩與亮條裝配流程圖

3 主要原因分析

3.1 設(shè)計尺寸鏈環(huán)分析

根據(jù)發(fā)動機罩與格柵亮條的裝配流程，對整個鏈環(huán)進行尺寸鏈分析。表2為對發(fā)動機罩與亮條間隙進行尺寸鏈分解，表3為對發(fā)動機罩與格柵亮條段差進行尺寸鏈分解，使用概率法[6]進行計算：

表2 間隙尺寸鏈分解

表3 段差尺寸鏈分解

間隙

段差

從尺寸鏈計算結(jié)果來看，設(shè)計上已經(jīng)無法滿足DTS匹配需求±1.5 mm,同時利用三維數(shù)據(jù)，采用3DCS軟件建立三維模型[7-9]，輸入定位及公差信息，根據(jù)工藝流程對格柵亮條與發(fā)動機罩的配合進行虛擬裝配，來模擬真實的裝配過程，通過模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機罩與格柵亮條配合位置間隙段差DTS超差風(fēng)險高達17%～20%，通過尺寸鏈分析可以發(fā)現(xiàn)，除零件單品精度外，其中有3個鏈環(huán)因素影響最大：(1)前端模塊定位孔精度;(2)前端模塊工裝裝配精度;(3)發(fā)動機罩與翼子板裝配精度。接下來對3個影響最大的鏈環(huán)因素進行詳細(xì)原因分析。

3.2 前端模塊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定位方案缺陷分析

前端模塊的Z向定位依靠前端模塊工裝定位孔的精度來保證，縱梁前端模塊定位孔的精度直接決定了前端模塊的Z向位置度；通過分析該MPV車型設(shè)計的前端模塊的定位方案(圖5)，前端模塊采用工裝進行定位，前端模塊在車身上選取了翼子板大燈安裝孔進行XY向定位，選取前縱梁連接板上定位孔進行工裝Z向定位，前端模塊Z向定位孔在前縱梁前端端板上，樣件精度波動比較大，且受內(nèi)作機艙縱梁焊接、機艙總成焊接、地板總成焊接工序公差累計影響，通過對白車身數(shù)據(jù)進行工序能力分析(統(tǒng)計了量產(chǎn)后連續(xù)測量的30臺白車身數(shù)據(jù))，結(jié)果見表4，其測量位置如圖6所示?？梢钥闯?，前端定位孔的精度實際波動都大于2 mm,CP值小于0.5，直接影響了前端模塊的Z向位置度，同時對標(biāo)了市場上存在發(fā)動機罩與亮條車型的配合要求的車身結(jié)構(gòu)，機艙的前端都存在立柱結(jié)構(gòu)來保證前端模塊Z向安裝精度，但增加立柱結(jié)構(gòu)會增加車身質(zhì)量及零件成本。

圖5 MPV車型前端模塊定位方案

表4 前端模塊定位孔量產(chǎn)工序能力統(tǒng)計分析

圖6 前端模塊定位孔測量位置

3.3 前端模塊工裝的缺陷分析

前端模塊工裝主要功能是滿足前端模塊與車身完成穩(wěn)定性裝配，公司在導(dǎo)入前端模塊工裝時需考慮柔性生產(chǎn)線，如圖7所示，采用多個車型共用夾具進行共線生產(chǎn)，量產(chǎn)使用一段時間之后發(fā)現(xiàn)存在以下幾個問題：(1)為保證多車型共用，設(shè)計使用插拔塊結(jié)構(gòu)進行切換，時間久了插拔塊磨損嚴(yán)重出現(xiàn)晃動，工裝定位精度嚴(yán)重下降；(2)工裝使用助力臂進行連接行走，使用一段時間后工裝標(biāo)定發(fā)現(xiàn)傾角變化無法進行調(diào)節(jié)；(3)現(xiàn)有前端模塊的Z向定位銷受前端模塊定位孔的精度波動，工裝裝配存在較大的應(yīng)力，前端模塊下端無X向定位，下部波動大導(dǎo)致夾具松開后前端模塊上端產(chǎn)生波動；現(xiàn)場通過對工裝重復(fù)性裝配驗證(試驗方案：選同一臺車、同一個前端模塊零件，利用工裝進行反復(fù)拆裝十次，在前端模塊上選取安裝點進行三坐標(biāo)關(guān)節(jié)臂測量采集數(shù)據(jù))，驗證發(fā)現(xiàn)上部安裝點精度波動大于2.0 mm，無法滿足前端模塊夾具對前端模塊進行精確定位，實現(xiàn)前圍整車匹配需求。

圖7 前端模塊工裝示意

3.4 發(fā)動機罩和翼子板裝配的一致性不良分析

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有該MPV車身翼子板與發(fā)蓋總成裝配的一致性比較差，發(fā)動機罩與翼子板的裝配波動，直接導(dǎo)致了發(fā)動機罩的位置度發(fā)生波動，前端模塊通過工裝與翼子板進行定位，所有的翼子板與發(fā)動機罩波動的公差全部累計到發(fā)動機罩前端，導(dǎo)致發(fā)動機罩與格柵亮條配合產(chǎn)生波動。主要原因有以下幾點：

(1)發(fā)動機罩與翼子板的安裝工裝在車身上無穩(wěn)定的工裝定位點，選取的工裝定位點(輪罩減震孔、大燈支架安裝孔，歸屬縱梁來件總成)焊接層級深，無法保證精度一致性需求如圖8所示。

圖8 MPV車型裝配基準(zhǔn)圖

(2)翼子板安裝點的支架、鉸鏈安裝面以及大燈安裝點精度波動較大，鉸鏈安裝面、大燈安裝支架以及翼子板的安裝支架歸屬與縱梁來件總成，且都是Z向搭接，焊接層級深(圖9)，尺寸鏈環(huán)太長導(dǎo)致精度無法滿足裝配一致性需求，通過理論尺寸鏈進行計算波動約±1.2 mm，實際生產(chǎn)測量精度波動約±1.5 mm；安裝支架及鉸鏈安裝面精度的波動導(dǎo)致翼子板與發(fā)動機罩的裝配一致性差，在線調(diào)整難度增加。

圖9 翼子板安裝點焊接層級圖

4 方案對策

4.1 前端模塊產(chǎn)品定位結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在綜合成本及安裝功能需求之后，為提高前端模塊Z向安裝精度；前端模塊產(chǎn)品設(shè)計增加Z向安裝面，采用新增加“L”型安裝支架與車身進行連接(圖10)，該支架在機艙總成崗位或者地板總成后續(xù)崗位通過夾具定位進行螺栓連接，可以很好地保證L型支架(圖11)Z向安裝面與地板基準(zhǔn)的相對精度，比如公司后續(xù)某SUV車型增加支架后，統(tǒng)計連續(xù)15臺Z向坐標(biāo)值，前端模塊Z向安裝點的精度波動可控制在0.7 mm(±0.35 mm)以內(nèi)，統(tǒng)計CP值大于1.33，(表5)，滿足前端模塊裝配精度需求，提高了前端模塊Z向裝配精度一致性，也減少了Z向精度波動對前端模塊上部X向安裝精度的影響。

圖10 新增的L型支架示意

圖11 某車型L型支架示意

表5 某車型 L型支架測點3連續(xù)三坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)

4.2 前端模塊工裝方案優(yōu)化

新改造后的前端模塊工裝如圖12所示。

圖12 新改造后的前端模塊工裝

對前端模塊工裝夾具方案進行了優(yōu)化,并在該MPV中進行了改造(圖12):(1)切換結(jié)構(gòu)直接采用氣缸單獨切換，并具有圓形STOP限位機構(gòu)；(2)對工裝與助力臂連接板上增加了前后左右傾角可調(diào)節(jié)機構(gòu)，保證前端模塊夾具的姿態(tài)調(diào)整；(3)在前端模塊本身增加Z向定位，與L型支架連接，前端模塊取消原有的Z向定位銷改成導(dǎo)向銷，并在下端增加輔助X向定位；改造后的工裝通過重復(fù)拆裝試驗，前端模塊上端安裝孔的精度波動小于0.5 mm(±0.25 mm)。

4.3 裝配基準(zhǔn)統(tǒng)一及車身結(jié)構(gòu)焊接層級優(yōu)化

為保證焊裝和總裝裝配工裝的基準(zhǔn)延續(xù)性，在大燈安裝支架上新開工裝定位孔(圖13)，將發(fā)動機罩工裝定位孔、翼子板定位孔與前端模塊夾具定位孔三者相關(guān)聯(lián)起來，保證工裝裝配基準(zhǔn)統(tǒng)一，減少零件尺寸偏差累計的傳遞；保證裝配的一致性和穩(wěn)定性；同時將翼子板安裝支架、大燈安裝支架及發(fā)動機罩鉸鏈安裝板設(shè)計集成在側(cè)圍前連接板(圖14)，并盡量采用Z向搭接形式焊接或者螺接結(jié)構(gòu)，將前連接板與機艙進行Y向焊接，前連接板的焊接層級歸屬于側(cè)圍內(nèi)作工序進行焊接，通過內(nèi)作側(cè)圍點定崗位夾具控制大燈支架工裝定位孔與側(cè)圍主定位孔的相對距離(X向精度控制在±0.2 mm)，總拼崗位進行二次定位控制Y向和Z向的精度，通過此方案可以將翼子板安裝支架、大燈安裝支架焊接層級由6環(huán)減少到3環(huán),如圖14和表6所示，減少生產(chǎn)過程中焊接波動，并在內(nèi)工序焊接可以根據(jù)品培精度需求及時進行適配性調(diào)整；通過尺寸鏈計算可以將翼子板安裝點和大燈支架工裝工序孔的精度控制在±0.6 mm以內(nèi)。

圖13 新開基準(zhǔn)孔圖

圖14 新方案焊接層級圖

表6 尺寸鏈分析結(jié)果

通過以上3種方案的優(yōu)化，對發(fā)動機罩與格柵亮條配合的尺寸鏈進行重新校核計算：

間隙

段差

從尺寸鏈計算結(jié)果來看，理論設(shè)計上已經(jīng)滿足DTS匹配需求±1.5 mm。

5 結(jié)論

基于尺寸工程的方法，對公司某車型的前圍發(fā)動機罩與亮條配合問題通過尺寸鏈環(huán)的系統(tǒng)分析，遵循DTS尺寸的尺寸鏈最優(yōu)原則，從產(chǎn)品定位方案、工裝的定位方案及車身安裝點精度的提升3個角度系統(tǒng)提供如何保證前圍匹配精度的解決方案。

(1)對于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案設(shè)計，通過前端模塊本身增加Z向定位，避免工裝Z向定位不穩(wěn)帶來的影響，從而保證Z向定位的精度穩(wěn)定性和裝配一致性；公司后續(xù)所有車型增加了L型支架螺接方案。

(2)合理優(yōu)化前端模塊工裝的定位方案，不僅要考慮定位的穩(wěn)定性，同時也要考慮工裝本身的裝配耐久性及裝配一致性，減少后期工裝的使用磨損造成的精度波動。

(3)通過統(tǒng)一工裝裝配基準(zhǔn)和車身鈑金結(jié)構(gòu)焊接層級設(shè)計優(yōu)化，提升裝配基準(zhǔn)孔、翼子板安裝點及鉸鏈安裝面的精度保證能力，減少焊接工序的影響，從而保證發(fā)動機罩與翼子板焊裝出車裝配穩(wěn)定性。

通過此次研究為后續(xù)車型提供了系統(tǒng)的解決方案，大幅縮短了前圍匹配相關(guān)課題的品培周期和難度。