汽車(chē)功能件裝配性校核

劉梓陽(yáng) 李剛 王少博 吳莊樂(lè)

（北京寶沃汽車(chē)股份有限公司）

汽車(chē)功能件是具備特定作用的零部件，如內(nèi)外飾件、底盤(pán)、動(dòng)力總成零件、電子電器以及汽車(chē)開(kāi)閉件。研究這些部件可否正常裝配被稱(chēng)作為裝配性校核[1]。裝配性校核作為研究汽車(chē)零部件組裝的重要過(guò)程，應(yīng)與整車(chē)開(kāi)發(fā)流程[2]及其要求保持一致。明確各子工作的定義及要求，可以指導(dǎo)相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工作。裝配性校核覆蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、零部件制造、質(zhì)量保證和裝配的全過(guò)程。該文從DTS[3]（gap/flush目標(biāo)值）、零件設(shè)計(jì)階段的零件定位方案和尺寸公差、GD&T（形位公差）、制造裝配階段的FM[4]（功能尺寸）等方面進(jìn)行分析計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步延伸并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(cè)量設(shè)計(jì)等[5-7]。

1 汽車(chē)功能件校核對(duì)象選取

原則上，所有安裝在車(chē)身上的功能件都必須進(jìn)行校核，由于以車(chē)身為載體的功能件數(shù)量大，可依據(jù)一些基本的原則進(jìn)行篩選。

1）車(chē)身：作為承載體，其它功能件需要與之連接和緊固，互相配合的定位點(diǎn)、緊固點(diǎn)稱(chēng)為裝配點(diǎn)。車(chē)身裝配點(diǎn)的尺寸及其公差，裝配點(diǎn)在車(chē)身坐標(biāo)系下的位置公差，服務(wù)于同一個(gè)功能件的裝配點(diǎn)之間的相對(duì)位置度公差，這些是必須校核的對(duì)象。

2）功能件：如內(nèi)外飾件、底盤(pán)及電子電器件。它們的裝配點(diǎn)存在尺寸和公差，如定位銷(xiāo)的直徑和公差。在功能件自身的檢測(cè)坐標(biāo)系下，裝配點(diǎn)位置度公差，或裝配點(diǎn)相互之間的位置度公差，這些是必須獲取的輸入并需進(jìn)行校核。

3）緊固件：起緊固作用的零件，如標(biāo)準(zhǔn)件、卡扣等，其直徑等數(shù)據(jù)直接與裝配孔徑大小相聯(lián)系，必須納入校核。

2 工作流程

2.1 前期輸入條件

工作前期，需收集校核對(duì)象信息與相應(yīng)的條件，具體分類(lèi)如下：

1）功能件定位點(diǎn)、緊固點(diǎn)的位置及數(shù)量；

2）功能件定位（安裝）基準(zhǔn)，緊固點(diǎn)位置公差，或檢測(cè)基準(zhǔn)，緊固點(diǎn)位置公差；

3）功能件安裝銷(xiāo)、孔直徑尺寸公差；

4）配接點(diǎn)緊固標(biāo)準(zhǔn)件直徑、螺栓法蘭直徑、卡扣直徑等規(guī)格；

5）車(chē)身裝配點(diǎn)的位置、數(shù)量；

6）車(chē)身裝配點(diǎn)單件、小總成的GD&T圖紙中的產(chǎn)品基準(zhǔn)、裝配點(diǎn)的尺寸及位置公差；

7）裝配點(diǎn)在車(chē)身焊接流程中的形成過(guò)程，包括車(chē)身焊接成形工裝MCP（焊接控制點(diǎn)）。

2.2 計(jì)算輸出結(jié)論

依據(jù)裝配校核流程，可以得到以下結(jié)論，并反饋出校核零件的理論狀態(tài)：

1）車(chē)身裝配點(diǎn)的功能尺寸及公差[8]建議值；

2）功能件裝配點(diǎn)的孔徑尺寸及位置公差建議值；

3）相關(guān)DTS點(diǎn)公差的可實(shí)現(xiàn)性；

4）裝配可行性報(bào)告；

5）校核零件QIR（質(zhì)量問(wèn)題單）報(bào)告。

3 裝配性校核計(jì)算方法

公差與孔徑的關(guān)系，可按照美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)Y14.5—2009附錄B[9]中的方法分類(lèi)計(jì)算，該文通過(guò)裝配性校核歸納出典型的、非常有代表性的計(jì)算方法。

3.1 浮動(dòng)裝配

圖1示出汽車(chē)緊固件浮動(dòng)裝配。如圖1所示，當(dāng)2個(gè)或多個(gè)零件通過(guò)緊固件裝配，如螺栓和螺母，且每個(gè)孔（孔徑相同）對(duì)螺栓（直徑相同）有相同的間隙，稱(chēng)之為浮動(dòng)裝配。浮動(dòng)裝配的工藝特點(diǎn)是所有螺栓全部穿過(guò)配接孔后再擰緊螺母，螺栓穿孔時(shí)配接件可根據(jù)需要相對(duì)移動(dòng)。

圖1 汽車(chē)緊固件浮動(dòng)裝配示意圖

浮動(dòng)裝配公差與孔徑的計(jì)算，如式（1）所示。

式中：D——每個(gè)孔按孔徑公差計(jì)算的最小直徑，mm；

M——每個(gè)螺栓直徑，mm；

T1——第1個(gè)零件的兩安裝孔間的位置度公差（以貼合面和其中一孔為基準(zhǔn)），mm；

T2——第2個(gè)零件的兩安裝孔間的位置度公差（以貼合面和其中一孔為基準(zhǔn)），mm。

浮動(dòng)裝配應(yīng)用，如圖2所示。對(duì)于沒(méi)有基準(zhǔn)，單純的4個(gè)孔兩兩配對(duì)裝配，標(biāo)準(zhǔn)件螺栓采用M8直徑規(guī)格，螺栓在每個(gè)孔中有浮動(dòng)量，按無(wú)基準(zhǔn)浮動(dòng)裝配計(jì)算。

圖2 汽車(chē)緊固件浮動(dòng)裝配應(yīng)用示意圖

計(jì)算圖 2 中 D1，D2，D1'，D2'的尺寸公差及位置公差，結(jié)果如下：

D1=D2=Φ9+0.2，相對(duì)位置公差為±1 mm，因此，T1（D1相對(duì)D2的公差）=2 mm；

D1'=D2'=Φ9+0.2，相對(duì)位置公差為±0.5 mm，因此，T2（D1'相對(duì)D2'的公差）=1 mm；

T1+T2=3 mm，4（D-M）=4 mm，可見(jiàn)公差累積和小于組孔與螺栓直徑差。

由此得出結(jié)論：圖2中兩零件裝配可行，在滿(mǎn)足公差合格條件下，不存在錯(cuò)孔風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 固定裝配

汽車(chē)緊固件固定裝配示意圖，如圖3所示。當(dāng)裝配件的一個(gè)零件上有約束的特征，如攻絲的孔或雙頭螺柱（孔徑或螺柱直徑相同），另一零件有相同孔徑的孔，屬于固定裝配類(lèi)型。

圖3 汽車(chē)緊固件固定裝配示意圖

固定裝配公差與孔徑的計(jì)算，如式（2）所示。

通過(guò)計(jì)算，分析比較固定裝配（按無(wú)基準(zhǔn)固定）與浮動(dòng)裝配的區(qū)別。

假定：浮動(dòng)裝配零件1的公差（T1f/mm）+浮動(dòng)裝配零件2的公差（T2f/mm）=固定裝配零件1的公差（T1g/mm）+固定裝配零件2的公差（T2g/mm），分別代入式（1）與式（2）中，比較浮動(dòng)裝配孔徑（Df/mm）與固定裝配孔徑（Dg/mm）的關(guān)系。

通過(guò)計(jì)算得到：Df-M＜Dg-M，即 Df＜Dg。

由此可以得出結(jié)論：在同等的零件公差，相同的緊固件的情況下，浮動(dòng)裝配所要求的孔徑小于固定裝配的孔徑；相同的孔徑與緊固件，浮動(dòng)裝配所允許的零件公差和大于固定裝配的零件公差和?？梢?jiàn)浮動(dòng)裝配對(duì)零件的精度要求低。

3.3 孔銷(xiāo)定位裝配性校核

功能件孔銷(xiāo)定位裝配，如圖4所示。裝配件的一個(gè)零件上有起定位作用的圓孔和長(zhǎng)圓孔，另外一個(gè)上有配對(duì)的2個(gè)定位銷(xiāo)，裝配時(shí)孔銷(xiāo)先配合，然后擰緊其余螺栓，稱(chēng)之為孔銷(xiāo)定位裝配?？卒N(xiāo)定位裝配有較多的變化形式，主要體現(xiàn)在孔和銷(xiāo)的形狀；也有的功能件借助工裝與車(chē)身定位，實(shí)現(xiàn)緊固連接。定位孔徑公差通常為0～+0.2 mm，銷(xiāo)徑公差通常為-0.1～0 mm，其它配接孔徑相等。

圖4 汽車(chē)功能件孔銷(xiāo)定位裝配顯示界面

識(shí)別孔銷(xiāo)配合的公差與孔徑的計(jì)算，如式（3）所示。

式中：T3——第1個(gè)零件的安裝孔位置度公差（以貼合面和兩銷(xiāo)為基準(zhǔn)），mm；

T4——第2個(gè)零件的安裝孔位置度公差（以貼合面和兩孔為基準(zhǔn)），mm。

3.4 類(lèi)孔銷(xiāo)定位裝配性校核

功能件類(lèi)孔銷(xiāo)定位裝配，如圖5所示。裝配形式與孔銷(xiāo)配合的裝配類(lèi)似，一個(gè)零件上設(shè)計(jì)有定位用的圓孔和長(zhǎng)圓孔，另一個(gè)零件上的配接點(diǎn)不是銷(xiāo)子，而是起緊固作用的螺柱，螺柱的直徑通常比圓孔直徑和長(zhǎng)圓孔的寬度小0.5 mm，這種裝配方式與孔銷(xiāo)定位的裝配類(lèi)似，計(jì)算方法一樣。

圖5 功能件類(lèi)孔銷(xiāo)定位裝配顯示界面

3.5 孔銷(xiāo)定位裝配校核應(yīng)用

轉(zhuǎn)向管柱與儀表橫梁支架的裝配應(yīng)用過(guò)程為：首先查閱零件數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的圖紙，找到所需的輸入條件，然后通過(guò)數(shù)據(jù)與圖紙得到輸入條件。圖6示出儀表橫梁支架數(shù)據(jù)顯示界面。圖7示出轉(zhuǎn)向管柱數(shù)據(jù)顯示界面。圖8示出轉(zhuǎn)向管柱圖紙。從圖6～圖8的數(shù)據(jù)中得到某車(chē)型的輸入條件有：

1）從圖6中得到的輸入條件：儀表橫梁支架數(shù)據(jù)中的2個(gè)螺柱（①②位置）規(guī)格為M8；螺母（③位置）規(guī)格為M8；過(guò)孔（④位置）直徑為Φ9。

2）從圖7中得到的輸入條件：轉(zhuǎn)向管柱數(shù)據(jù)中的孔①直徑為Φ11；孔②長(zhǎng)圓孔尺寸為9 mm×11 mm；孔③直徑為Φ8.2。

3）從圖8中得到的輸入條件：轉(zhuǎn)向管柱圖紙中的孔①與孔③長(zhǎng)度方向的公差T4=±1 mm。

圖6 汽車(chē)儀表橫梁支架數(shù)據(jù)

圖7 汽車(chē)轉(zhuǎn)向管柱數(shù)據(jù)

圖8 汽車(chē)轉(zhuǎn)向管柱圖紙示意圖

根據(jù)以上輸入條件進(jìn)行尺寸鏈[10]計(jì)算：

由孔徑大小情況可以得到，儀表橫梁支架在孔③、孔④處起定位作用（應(yīng)用孔銷(xiāo)定位裝配方式校核），將數(shù)值代入式（3），可得到儀表橫梁支架孔①、孔②的中心至孔③、孔④中心在長(zhǎng)度方向的公差T3為±0.5 mm。

為達(dá)到該精度，儀表橫梁支部的上半部分和下半部分在焊接時(shí)須有精確的定位。

針對(duì)本次裝配校核結(jié)果并結(jié)合實(shí)際，將以下建議方案反饋給設(shè)計(jì)及裝配工藝等部門(mén)：轉(zhuǎn)向管柱的公差按±0.5 mm來(lái)控制，儀表橫梁支架中孔①、孔②所在的上半部分零件和孔③、孔④所在的下半部分零件在焊接過(guò)程中，直接用孔定位保證精度。

4 結(jié)論

文章以汽車(chē)裝配性校核計(jì)算方法為研究對(duì)象，介紹如何利用裝配性校核思想進(jìn)行車(chē)身功能件的校核計(jì)算。分析過(guò)程中，通過(guò)審閱產(chǎn)品資料和圖紙數(shù)據(jù)，利用尺寸鏈工具，對(duì)功能件裝配的公差和孔徑進(jìn)行了嚴(yán)格科學(xué)的分析計(jì)算，得出校核結(jié)論。該結(jié)論必須在產(chǎn)品試制階段[11]的裝配中進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證，并及時(shí)查找新問(wèn)題、得出新結(jié)論，在生產(chǎn)過(guò)程階段再驗(yàn)證，通過(guò)成功的經(jīng)驗(yàn)形成正式的文件，反饋給后續(xù)新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作，同時(shí)對(duì)不足之處要在實(shí)踐中不斷完善和修正。