基于尺寸工程的D柱飾板與側(cè)圍飾板間隙分析

劉妍 張浩 段宏艷

（華晨汽車工程研究院）

尺寸工程又叫尺寸管理，是以既定或預(yù)期的制造能力為出發(fā)點(diǎn)，開發(fā)合理的定位、合理地分配和制定公差及設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)募庸?、裝配工藝以使產(chǎn)品達(dá)到既定的匹配和功能要求，并且通過應(yīng)用尺寸鏈分析或公差虛擬仿真技術(shù)，對(duì)尺寸設(shè)計(jì)和尺寸要求進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)防的一系列活動(dòng)。對(duì)于汽車間隙配合的研究是尺寸工程一項(xiàng)非常重要的工作，間隙配合是汽車外觀美學(xué)的重要組成部分，間隙配合的好壞直接影響了客戶對(duì)于整車質(zhì)量的評(píng)價(jià)。文章通過一系列尺寸手段對(duì)試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的D柱飾板與側(cè)圍飾板間隙配合過大的問題進(jìn)行了分析，探討了定位方式對(duì)間隙配合的影響，從尺寸工程角度給出了保證間隙配合的優(yōu)化方案。

1 問題描述

某項(xiàng)目試生產(chǎn)過程中，D柱飾板與側(cè)圍飾板分別通過卡扣裝配到車身上以后，兩零件配合區(qū)域尖角處的間隙值超過了質(zhì)量特性中要求的范圍，且此區(qū)域掀開尾門即可見，影響客戶對(duì)整車外觀美學(xué)質(zhì)量的評(píng)價(jià)。間隙過大區(qū)域，如圖1所示。

圖1 D柱飾板與側(cè)圍飾板間隙過大區(qū)域示意圖

2 問題調(diào)查

2.1 輸入文件

2.1.1 質(zhì)量特性要求

質(zhì)量特性文件中D柱飾板與側(cè)圍飾板的間隙要求，如表 1 所示[1]。

表1 D柱飾板與側(cè)圍飾板的間隙要求 mm

2.1.2 零件定位以及公差分配

零件定位以及零件的公差是尺寸鏈分析的基礎(chǔ)，由設(shè)計(jì)部門輸入。D柱和側(cè)圍飾板的定位及公差，如圖2和圖3所示[2]。

圖2 D柱飾板定位點(diǎn)及公差位置示意圖

圖3 側(cè)圍飾板定位點(diǎn)及公差位置示意圖

2.2 尺寸鏈分析

在運(yùn)用2維尺寸鏈計(jì)算方法進(jìn)行裝配偏差分析之前，有2個(gè)方面的假設(shè)[3]：1）所有的零部件都是剛體，不存在自身變形；2）除非特別給定，所有的特征點(diǎn)公差服從正態(tài)分布。

對(duì)D柱飾板與側(cè)圍飾板Z方向的裝配偏差進(jìn)行計(jì)算，尺寸鏈鏈環(huán)，如表2所示。

表2 D柱飾板與側(cè)圍飾板Z向間隙公差計(jì)算尺寸鏈鏈環(huán) mm

利用均方根法將尺寸鏈中的各個(gè)尺寸公差疊加，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否滿足裝配要求，計(jì)算過程為：

由表1中的公差設(shè)定可知，質(zhì)量特性中D柱飾板與側(cè)圍飾板的間隙公差目標(biāo)值為1.2 mm。由于計(jì)算結(jié)果1.18 mm＜1.2 mm，因此D柱飾板與側(cè)圍飾板在Z方向上的間隙公差在理論上滿足要求。

2.3 車身安裝孔、D柱飾板和側(cè)圍飾板調(diào)查

D柱飾板與側(cè)圍飾板間隙過大原因分析[4-5]，如表3所示。

表3 D柱飾板與側(cè)圍飾板間隙過大原因分析

D柱飾板與側(cè)圍飾板在車身主檢具上檢查合格。對(duì)D柱飾板和側(cè)圍飾板在車身上的安裝點(diǎn)（控制Z向）使用三坐標(biāo)測量，測量位置，如圖4所示；其測量結(jié)果，如表4所示。由表4可知，車身安裝點(diǎn)合格，滿足公差要求。

圖4 D柱飾板和側(cè)圍飾板在車身上安裝點(diǎn)（控制Z向）測量位置示意圖

表4 D柱飾板和側(cè)圍飾板在車身上的安裝點(diǎn)（控制Z向）的測量結(jié)果 mm

3 整改優(yōu)化

3.1 問題分析

由上述分析可知，在所有因素都滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，理論上不會(huì)出現(xiàn)間隙過大的問題，因此需要考慮是否設(shè)計(jì)本身存在缺陷。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，D柱飾板的定位本身存在一定缺陷。

3.1.1 缺陷1

主次定位距離較近，不滿足定位距離盡量遠(yuǎn)的原則，當(dāng)主次定位在Z向上存在高度差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致零件旋轉(zhuǎn)，放大尖角處間隙，導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生，如圖5所示。圖5中，X1為主次定位X向相對(duì)距離；Z1為主次定位Z向相對(duì)距離。

圖5 D柱飾板主次定位Z向高度差導(dǎo)致零件旋轉(zhuǎn)

從圖5可以看出，D柱飾板的X1較近（不符合定位距離盡量遠(yuǎn)的原則），不利于D柱飾板在Z向上的定位，當(dāng)Z1波動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)尖角處的間隙缺陷產(chǎn)生放大的效果。

3.1.2 缺陷2

D柱飾板控制Z向的定位點(diǎn)并沒有設(shè)置在有功能要求的區(qū)域（即有間隙要求的區(qū)域），定位點(diǎn)距離功能區(qū)域較遠(yuǎn)，不利于保證功能（即間隙要求），如圖6所示。

圖6 D柱飾板功能區(qū)域示意圖

D柱飾板的功能區(qū)域?yàn)榕c側(cè)圍飾板的配合區(qū)域，此區(qū)域位于D柱飾板的下部，因此需要控制間隙的定位點(diǎn)位于D柱飾板的下部區(qū)域，且應(yīng)離功能區(qū)域盡可能近，以保證功能的實(shí)現(xiàn)。

3.2 優(yōu)化方案

針對(duì)D柱飾板存在的定位缺陷問題，提出相應(yīng)的定位優(yōu)化方案，如圖7所示。與圖6相比，優(yōu)化后的D柱飾板主次定位之間的距離做到了盡量遠(yuǎn)離，并且距離有功能要求的區(qū)域較近，保證了功能的實(shí)現(xiàn)。

圖7 D柱飾板優(yōu)化后的定位示意圖

4 結(jié)論

通過對(duì)D柱飾板與側(cè)圍飾板間隙過大問題的研究，利用尺寸鏈計(jì)算、公差分配以及零件定位等尺寸手段對(duì)此問題進(jìn)行的分析驗(yàn)證，可以看出零件定位方式的正確與否對(duì)最終裝配車輛的外觀美學(xué)有著重要的影響。通過對(duì)零件定位方式的優(yōu)化，解決了試生產(chǎn)過程中車間提出的總裝問題。在后續(xù)的項(xiàng)目工作中如果再遇到類似的問題，除了要對(duì)各個(gè)相關(guān)零件的尺寸進(jìn)行確認(rèn)外，更應(yīng)該基于功能考慮來對(duì)零件定位方式的合理性進(jìn)行分析。