車身尺寸工程中的偏移公差設(shè)置

余魁，王佳，王輝（.東風(fēng)汽車公司技術(shù)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(shè)置

余魁1，王佳1，王輝2
（1.東風(fēng)汽車公司技術(shù)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(xiàng)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(shí)例，闡述了在開發(fā)設(shè)計(jì)階段根據(jù)車身結(jié)構(gòu)特征在零件某些特殊部位設(shè)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(shù)，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(xué)材料加工工程專業(yè)，碩士學(xué)位，現(xiàn)任東風(fēng)汽車公司技術(shù)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(fù)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(jié)構(gòu)，若干零件經(jīng)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(fù)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(chǎn)生并累計(jì)尺寸偏差，從而對生產(chǎn)過程和制造質(zhì)量產(chǎn)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(shè)計(jì)、工程化樣車、工裝及試生產(chǎn)階段全過程， 包括設(shè)計(jì)同步工程階段的DTS目標(biāo)值的定義、零件定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)、公差分配及校核，測點(diǎn)及監(jiān)控計(jì)劃制定，并且延伸零件的模具設(shè)計(jì)、檢具設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)，試制階段的車身精度調(diào)試以及量產(chǎn)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(shè)置

生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)表明：在正常條件下加工一批零件，其產(chǎn)品的質(zhì)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(shè)計(jì)尺寸對稱分布。零件按產(chǎn)品數(shù)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(nèi)，但仍出現(xiàn)零件間干涉、裝配困難或裝配不到位現(xiàn)象，從而影響整車尺寸質(zhì)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(nèi)，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(diào)試的周期。

在產(chǎn)品公差設(shè)計(jì)階段，預(yù)測零件匹配過程中可能產(chǎn)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(chǎn)生干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致零件無法放入。在設(shè)定該零件公差時，預(yù)先將零件貼合面設(shè)定偏移量，可以有效避免干涉。

例：側(cè)圍B柱加強(qiáng)板與側(cè)圍鉸鏈安裝板焊接時，為避免側(cè)圍鉸鏈安裝板在夾具上放入困難，對鉸鏈側(cè)圍安裝板U形槽兩側(cè)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(jìn)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(jù)功能分析，對優(yōu)先保證的面進(jìn)行偏移公差，以確保零件關(guān)鍵功能面的裝配貼合。

例：如圖3所示，側(cè)圍B柱上加強(qiáng)板與側(cè)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(cè)圍外板與B柱上加強(qiáng)板的貼合間隙也會造成螺栓打緊后的扭矩?fù)p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(cè)圍B柱上加強(qiáng)板鉸鏈面向車外偏移0.5mm，確保其與側(cè)圍外板在該區(qū)域的貼合。類似零件還有門鉸鏈加強(qiáng)板，懸置定位加強(qiáng)板等。

3）零件的某些部位設(shè)計(jì)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(shè)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(jìn)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(jìn)行焊接，如圖5所示，需要對零件的對接接頭進(jìn)行的補(bǔ)償性偏移。

例：地板與側(cè)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(cè)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(shè)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(fēng)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(jìn)行的公差偏移

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

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

上述對移動公差的設(shè)定部位進(jìn)行了分類介紹，下面介紹移動公差的設(shè)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(jìn)行偏移補(bǔ)償，這種方法要求設(shè)計(jì)人員具有豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)；另一種采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分配和計(jì)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(guān)系，可以較快速的得到偏移量并作為零件的公差設(shè)定依據(jù)，對于平面內(nèi)二維公差分析具有較高的準(zhǔn)確性，應(yīng)用廣泛；而蒙特卡洛法采用隨機(jī)模擬和統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的方法進(jìn)行求解，通常使用3DCS或VSA等商業(yè)軟件對零件進(jìn)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(fù)雜，耗時較長。本篇介紹均方根法計(jì)算零件公差偏移量。

均方根法的數(shù)學(xué)表達(dá)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(biāo)尺寸的公差帶，然后根據(jù)工藝或裝配要求對零件的公差中心進(jìn)行偏移。

如下圖8所示：地板總成焊接尺寸鏈分解為四項(xiàng)影響因子，求解項(xiàng)為內(nèi)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(jì)算的公差帶見表2：

為避免干涉，內(nèi)縱梁與座椅橫梁最小縫隙為0，通過計(jì)算，其公差帶為2.4mm，對座椅橫梁接頭朝車內(nèi)偏移1.2mm，可保證內(nèi)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(shè)計(jì)

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

在對零件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的過程中，不僅需考慮零件的回彈補(bǔ)償，還應(yīng)當(dāng)充分分析零件的移動公差設(shè)置區(qū)域的偏移量，合理設(shè)計(jì)零件的工藝數(shù)模，如圖9（b）所示。

對于夾具設(shè)計(jì)而言，如果零件移動公差設(shè)置區(qū)域沒有支撐加緊點(diǎn)，則不需要對夾具進(jìn)行調(diào)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(jù)公差偏移方向以及偏移量對夾具的支撐夾緊進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，如圖9（c）所示。

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

3　結(jié)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(jì)算方法，以及涉及偏移公差零件的模夾檢具的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述。通過偏移公差的設(shè)置，能有效防止試制過程中的反復(fù)試模，大大的縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期。

［1］林忠欽.汽車車身制造質(zhì)量控制技術(shù)［M］ 北京：機(jī)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(guān)弄，等.轎車車體裝配偏差研究方法綜述。機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，1999（3）：28-60.

［4］李良，王德倫.車身公差分配工程應(yīng)用.重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，22（11）：16-22.

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

專家推薦

王銀明：

該論文具創(chuàng)造性、學(xué)術(shù)性一般，但有較好的實(shí)用價值，對于從事汽車設(shè)計(jì)的科技人員在工作中具有一定的指導(dǎo)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