一種汽車尾門與后保險(xiǎn)杠間隙面差優(yōu)化方案的工裝設(shè)計(jì)研究

孫志亮

（麥格納斯太爾汽車技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430056）

一種汽車尾門與后保險(xiǎn)杠間隙面差優(yōu)化方案的工裝設(shè)計(jì)研究

孫志亮

（麥格納斯太爾汽車技術(shù)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(zhì)量的專業(yè)手段，越來越多地應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)中。本文首先介紹了尺寸工程的相關(guān)理論，通過結(jié)合某車型的尾門與后保險(xiǎn)杠的間隙面差的缺陷問題分析提出一種新型的工裝設(shè)計(jì)方案，從而有效控制這一區(qū)域的質(zhì)量指標(biāo)，以達(dá)到提升整車外觀質(zhì)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(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車作為一種消費(fèi)品越來越多的走進(jìn)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(jìn)口到合資品牌造車再到自主品牌，直至 21世紀(jì)進(jìn)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(chǎn)生，歷程是曲折的，以市場換技術(shù)的理念并沒有獲得中國汽車工業(yè)達(dá)到國外的水平，究其原因是缺乏科學(xué)的汽車制造流程，管理理念，尤其是汽車制造技術(shù)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(shù)很難突破，通過合資，尺寸工程的概念逐漸被各大主機(jī)廠重視并引入到新車型的設(shè)計(jì)到制造整個(gè)階段，通過尺寸工程的方法實(shí)現(xiàn)白車身精度的提升，確保整車裝配品質(zhì)，以及滿足各種與精度相關(guān)的性能提升，為打造高品質(zhì)的整車奠定了基礎(chǔ)。

1、尺寸工程

1.1 尺寸工程概念

尺寸工程是一個(gè)涵蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、零件制造及裝配全過程中對(duì)目標(biāo)定義、零件設(shè)計(jì)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(jù)零件定位、公差表進(jìn)一步延伸能影響到零件的模具設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、檢具設(shè)計(jì)和測量設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造全過程，如圖1，通過前期的DTS設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)以及工業(yè)化生產(chǎn)，結(jié)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(zhì)量，從而達(dá)到最終目標(biāo)。

1.2 尺寸工程的研究內(nèi)容

尺寸工程包括項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)和后期工業(yè)化，其總體內(nèi)容如圖2所示[2]。

1.2.1 尺寸公差目標(biāo)設(shè)計(jì)DTS

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

1.2.2 定位及公差GD&T

GD&T(Geometry Dimension Tolerance),包含定位基準(zhǔn)及被測要素的公差要求，用于指導(dǎo)供應(yīng)商工裝模具，夾具，檢具設(shè)計(jì)與制造過程中使零件尺寸精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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

公差設(shè)計(jì)則必須按照自下而上的方式累積到整車，然后與各級(jí)單件，分總成，總成件目標(biāo)進(jìn)行比較優(yōu)化超標(biāo)公差，從而滿足整車DTS性能目標(biāo)[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(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的誤差，還原一個(gè)虛擬原型，從而識(shí)別哪些是影響尺寸的關(guān)鍵特征屬性，從而控制在生產(chǎn)階段的成本和缺陷，提高車身精度[5]。

1.2.4 測量計(jì)劃

測量計(jì)劃包括測點(diǎn)布置和測量工藝卡制定，通過檢具，三座標(biāo)，在線檢測等手段實(shí)現(xiàn)整車幾何尺寸監(jiān)控，通過工藝卡指標(biāo)來評(píng)價(jià)零件的穩(wěn)定性和合格率[6]。

1.2.5 試制及量產(chǎn)階段尺寸工程

在試制和量產(chǎn)過程中，通過對(duì)白車身及供應(yīng)商零件的檢測，同時(shí)對(duì)比檢具及功能主模型，實(shí)現(xiàn)整車內(nèi)外飾外觀及功能幾何尺寸的質(zhì)量提升。

2、尾門與后保險(xiǎn)杠的間隙面差問題研究

本文主要的研究對(duì)象是圍繞某款車型的兩廂車進(jìn)行，在項(xiàng)目車試制期間，尾門容易受車身波動(dòng)導(dǎo)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(duì)于兩廂車型，控制好尾門的姿態(tài)對(duì)整車后臉區(qū)域的外觀和功能起到至關(guān)重要的作用，因此，在各大主機(jī)廠尾門區(qū)域的控制標(biāo)準(zhǔn)是整車質(zhì)量提升的重難點(diǎn)，進(jìn)而影響顧客對(duì)車型的外觀美學(xué)吸引力，通過研究此款兩廂車的尾門與后保險(xiǎn)杠出現(xiàn)的各種質(zhì)量缺陷的分析，可以對(duì)其他主機(jī)廠生產(chǎn)的兩廂車型提供一定的經(jīng)驗(yàn)反饋，節(jié)約成本，提高效益。

2.1 尾門與后保險(xiǎn)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(xiǎn)杠Y向間隙標(biāo)準(zhǔn)3.5+/-1.5mm，面差標(biāo)準(zhǔn)-2+/-2mm，如圖3所示。

在項(xiàng)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?dǎo)致后保油漆磕掉等。通過分析發(fā)現(xiàn)，尾門在車身上的姿態(tài)和后保險(xiǎn)杠在車身上的裝配位置以及二者之間的相對(duì)位置關(guān)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?？偝勺陨淼亩ㄎ换鶞?zhǔn)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(duì)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(qiáng)對(duì)尾門開啟件在檢具上的符合性就容易實(shí)現(xiàn)尾門在車身上的裝配符合性，此種方式方便快捷，省時(shí)；而使用工裝輔具裝配尾門，對(duì)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(duì)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(jìn)行。

2.2.2 后保定位信息

由于后保險(xiǎn)杠屬于大型塑料材質(zhì)屬性，因此定位信息較復(fù)雜，而本文介紹的一種后保險(xiǎn)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(gè)后?？偝裳b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(duì)項(xiàng)目試制期間所產(chǎn)生的尾門與后保左右間隙不對(duì)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(xiǎn)杠在供應(yīng)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(xiǎn)杠在供應(yīng)商檢具上的符合性前提下，從尺寸工程尺寸鏈計(jì)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(duì)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(dòng)及裝配帶來的影響非常大，增加的不可控的因素會(huì)造成人力，成本，時(shí)間等多因素的浪費(fèi)，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(jīng)驗(yàn)分析，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一種定位工裝，將現(xiàn)有的后保險(xiǎn)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(shí)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(xiǎn)杠的Y向位置，這樣尾門與后保始終保持著相對(duì)位置的變化，尾門與后保左右Y向間隙就能有效保證對(duì)稱性，問題就得以解決。

在此車型的試制過程中，對(duì)于尾門與后保的間隙面差問題，通過設(shè)計(jì)工裝，如圖4所示，將后保Y向定位策略和尾門鎖扣關(guān)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(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)了尾門與后保的相對(duì)位置圍繞尾門鎖扣Y向位置進(jìn)行。

經(jīng)過工裝優(yōu)化后保定位方案后對(duì)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(dòng)影響變小，易于維護(hù)在工業(yè)化項(xiàng)目階段尾門區(qū)域的DTS目標(biāo)的穩(wěn)定性。

2.5 效果評(píng)價(jià)

通過試制和量產(chǎn)階段的不斷驗(yàn)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(guān)后臉區(qū)域的一系列有關(guān)尾門與后保的間隙面差問題及尾門開啟相關(guān)功能問題，相關(guān)缺陷率迅速下降，保證了在投產(chǎn)后批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性，也為工業(yè)化項(xiàng)目的節(jié)點(diǎn)能順利通過，完成上市做好了準(zhǔn)備。因此通過此種重新設(shè)計(jì)工裝來更改零件的定位方式，不僅收益大，而且也為項(xiàng)目開發(fā)節(jié)約了成本，節(jié)省工時(shí)。

3、總結(jié)

本文通過對(duì)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(gè)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(jī)廠所應(yīng)用的趨勢。同時(shí)，通過對(duì)某款兩廂車型的后臉區(qū)域進(jìn)行幾何尺寸分析，不僅為其他車型的開發(fā)設(shè)計(jì)提供了思路，也為工業(yè)化項(xiàng)目利用尺寸工程解決各種實(shí)際問題提供了參考。事實(shí)證明，本文采用設(shè)計(jì)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(xiàng)目的成本和時(shí)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(yuǎn)的意義。

[1] 劉征.白車身尺寸工程概述[J].汽車技術(shù),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(yīng)用[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué),2012(6).

[3] 孟玲芬, 武濤.車身尺寸公差及定位系統(tǒng)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)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(shè)計(jì)[J], 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2010, 46(2).

[5] 付紅圣.基于3DCS的白車身子基準(zhǔn)的公差設(shè)計(jì)[J].汽車技術(shù),2014, (7).

[6] 朱正德.現(xiàn)代測量技術(shù)在轎車車身匹配工作中的應(yīng)用[J].實(shí)用測試技術(shù),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(shù)武漢分公司。