白車身制造中尺寸工程的運用研究

周焱

摘要：白車身指的是白車身本體，由車身的加強板、覆蓋件、梁柱等多種構(gòu)件組成。白車身制作過程中尺寸工程的運用，要求相關(guān)人員提升設(shè)計計算水平，科學(xué)確定零配件尺寸。制造白車身的過程，應(yīng)對尺寸工程的科學(xué)原理進行深度剖析。聯(lián)系車身制造業(yè)務(wù)實踐，把握尺寸工程的實際應(yīng)用。準確把握尺寸工程總體設(shè)計流程的主要步驟，做好尺寸鏈檢定工作，采統(tǒng)計分析法、極值法等方法進行尺寸解析，以有效壓縮分配公差至最低限度。并在實例分析中運用尺寸工程的相關(guān)技術(shù)，對某型號轎車前罩和翼子板裝配環(huán)節(jié)的分配高差進行尺寸分析、完善和調(diào)節(jié)。

Abstract： The white body is white body ontology， by reinforcing plate of the car body， covering parts， beams， and other artifacts. The use of white body size in the process of production engineering， asked related personnel to enhance the level of design and calculation， science to determine the parts size. The process of manufacturing white body， the size of the response to engineering scientific principles for depth profiling. Contact body manufacturing practice， grasp the size engineering practical application. Accurately size project overall design process of main steps， completes the dimension chain verification work， adopt statistical analysis and method of extremum analytical methods such as size， to effectively compress the allocation of tolerance to a minimum. And in the instance analysis using size engineering related technology， on the front cover of a model of car and the distribution of the fender assembly link elevation difference size analysis， improve and adjust.

關(guān)鍵詞：白車身制造;尺寸工程;應(yīng)用

Key words： white body manufacturing;size engineering;application

中圖分類號：U463.82? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0124-02

0? 引言

白車身即白車身本體，由加裝車門、發(fā)動機罩、翼子板構(gòu)成，承載上側(cè)車身的上述構(gòu)件組合為車身的基本載體。白車身的制作環(huán)節(jié)牽涉到振動噪聲、人機工程、空氣動力學(xué)、車身造型等多種理論內(nèi)容。白車身的設(shè)計和制造要歷經(jīng)錯綜復(fù)雜的流程和環(huán)節(jié)，每個制造流程均內(nèi)含一定偏差。應(yīng)該增加尺寸工程的精度，消除、降低車身本體存在的偏差，提前明確不同類型的構(gòu)件的具體尺寸規(guī)格。受到工藝約束等因素的影響，制作而成的沖壓件無法保障最科學(xué)、最恰當?shù)木?。因此，?yīng)該提供事先設(shè)定好的零部件尺寸和公差，利用尺寸工程保障車身本體的穩(wěn)定性。從實際運用來看，尺寸工程涵蓋公差解析專業(yè)軟件、用于計算的相關(guān)尺寸鏈等。通過多個步驟的設(shè)計和運算，結(jié)合當前工藝流程和生產(chǎn)實踐的需要，滿足車身制作的精確度，從整體上保障車身的穩(wěn)固性與安全性。

1? 尺寸工程概述

在工程設(shè)計和加工制造領(lǐng)域中，尺寸工程可以限定車身構(gòu)件的具體尺寸。就尺寸工程的內(nèi)涵而言，尺寸工程可有效整合產(chǎn)品工裝、零件外形、車身裝配、制造的全部流程，具有顯著的系統(tǒng)性特征。在日常生產(chǎn)加工的過程中，尺寸工程對不同種類的白車身加工制作進行限定，以消除裝配過程中的偏差。它有利于有效解決白車身裝配中的常見性干涉，原因是日常制作特定類型的車身時，難以真正除掉隱含的各種偏差。假如發(fā)生誤差，累積性誤差會持續(xù)干擾到接下來的裝配流程，進而導(dǎo)致裝配障礙。

在初期設(shè)計環(huán)節(jié)，尺寸工程可消除零配件尺寸的潛在性偏差，穩(wěn)妥控制和防范后續(xù)裝配過程中的一些干擾，真正增強偏差監(jiān)控、診斷的意識和能力。與此同時，尺寸工程有利于車身優(yōu)化，對制作加工的各個工藝、流程、步驟進行整合，對系統(tǒng)性公差進行優(yōu)化。唯有如此，才能有效提升零配件裝配的精準度，才能有效縮減耗費的裝配周期與總成本。利用尺寸工程大批量制造車身配件是一種系統(tǒng)性工程，它的適用價值將會達到更高層次。因此尺寸工程的合理使用，有利于精準防控更大誤差，提升白車身制造過程的精細化、精準化和規(guī)范化水平。

2? 尺寸工程的關(guān)鍵設(shè)計流程

2.1 總體的流程

整體上將尺寸工程分成諸多階段，初期進行方案擬訂、完成車身的詳細設(shè)計，后期做好測試工作，制成車身后的實際投產(chǎn)。具體來講尺寸工程要遵循下列流程：

首先，要詳細擬訂整車的精準尺寸。在此過程中應(yīng)該有效設(shè)定恰當?shù)呐浜瞎?。合理限定至關(guān)重要而又普遍存在的車身間隙以及表面公差。應(yīng)該立足于當前的工藝流程、加工能力與制造水準，精確限定目標公差。

其次，設(shè)計精準的公差，做好定位基準分析。這個環(huán)節(jié)的主要目標是建立定位體系，穩(wěn)妥定位整車與零配件，精確進行定位，合理限定和優(yōu)化形位公差。描繪相關(guān)圖紙，在圖紙上標注白車身制作環(huán)節(jié)的精確公差。已明確的公差關(guān)系和定位基準，對后期的具體設(shè)計和車身制作的夾具具有直接影響。初期設(shè)置完成后，汽車構(gòu)件整體上要滿足設(shè)計方提供的尺寸精度。

再次，利用仿真軟件進行模型建構(gòu)，對初期設(shè)計進行驗證。通過仿真檢驗對各個步驟的裝配實際偏差做出準確預(yù)判。當然，它可被用來驗證和衡量白車身不同部位的具體尺寸狀態(tài)。并對白車身實施系統(tǒng)化、立體化的調(diào)整和完善，額外成本得以減少，對車身潛在的缺陷進行預(yù)防和控制。待模型確定后，應(yīng)該開展樣品核查工作。實時監(jiān)控尺寸的具體波動狀況。一旦發(fā)生誤差，應(yīng)該隨時調(diào)整和改善。

最后，通過檢測后，對車身制造過程的水平和能力進行統(tǒng)計、分析和評價。從整體上評價整車外觀和內(nèi)側(cè)的焊接質(zhì)量。從后續(xù)階段來看，應(yīng)該不斷調(diào)整初期設(shè)置的具體尺寸目標。它也驗證了初期設(shè)計是調(diào)節(jié)和完善整車尺寸的重要步驟。

2.2 尺寸鏈檢定

過去人們經(jīng)常從經(jīng)驗出發(fā)設(shè)計白車身主體，但是白車身的制作流程中內(nèi)含多元化、充滿不確定性的各種要素。批量生產(chǎn)過程中，易于出現(xiàn)更多數(shù)量的損耗。假如確定統(tǒng)一化、規(guī)范化的尺寸鏈，做好公差檢定工作，即可將尺寸偏差壓縮到最小數(shù)值。詳細來講，尺寸鏈涵蓋某一組封閉性的尺寸組合，依據(jù)給出來的先后次序進行尺寸排列。就幾何特性而言，尺寸鏈涵蓋線性、空間性、平面性三類。根據(jù)這些尺寸鏈的不同特性，又可將其劃分為兩類鏈條：封閉環(huán)、組成環(huán)。在實際測定過程中，累積而成的偏差形成了尺寸鏈之間的制約關(guān)系。人們借此有效調(diào)控組成環(huán)的精度，使其精度控制在人們可掌控的范圍內(nèi)。

2.3 常見的解析尺寸方法

眼下人們普遍采用極值法或統(tǒng)計法對白車身的尺寸設(shè)計進行解析。從比較分析的視角來看，極值法簡便、高效等多種優(yōu)勢使其適用在車身多環(huán)節(jié)的裝配中。但是它難以有效適用于精度較低或環(huán)數(shù)較少的車身裝配環(huán)節(jié)中。相比之下，統(tǒng)計分析法的科學(xué)性更顯著，它植根于概率論基礎(chǔ)。一旦與特定環(huán)數(shù)相契合，即可把分配公差壓縮到最低限度。人們經(jīng)常采取此類手段對轎車車身的尺寸進行解析。

3? 尺寸工程技術(shù)在車輛制造中的應(yīng)用

在實際制造的過程中，以尺寸工程的相關(guān)原理解析某型號轎車。選取其前罩和翼子板，對其裝配環(huán)節(jié)的分配高差進行詳細分析。假如高差沒有處于已經(jīng)確定的尺寸范圍中，應(yīng)該再次設(shè)計和調(diào)整高差。在設(shè)計尺寸鏈之前，首先應(yīng)采取封閉環(huán)的解析方式對裝配高差的精確性進行解析。翼子板本身的組成環(huán)采用固定化的多層焊接方式，對輪廓表面的高差進行解析。然后采取特定軟件對前罩等多個構(gòu)件的尺寸進行調(diào)節(jié)和完善。白車身各點均形成了針對性的定位，通過計算獲得各個方位的具體約束關(guān)系，在此基礎(chǔ)上對線性關(guān)系進行簡化。最好將尺寸鏈構(gòu)建成線形，輸入?yún)?shù)進行驗證。通過仿真驗算后可將分析出的相關(guān)數(shù)值結(jié)果保存下來。

3.1 影響因子分析

前罩板與翼子板之間的裝配高差組成了封閉環(huán)。第一，應(yīng)該深入分析影響組成環(huán)的相關(guān)因子。觀察翼子板可知，其配合處部位的相關(guān)面輪廓公差形成了組成環(huán)，因為通常固定翼子板的相關(guān)裝配支架實施多層焊接，所以面輪廓高差的形成在情理之中。第二，探討影響前罩板的相關(guān)因子?？芍碜影迮c前罩間配合處部位之間的面輪廓高差同樣屬于組成環(huán)。由于前罩板借助鉸鏈連接車身本體，鉸鏈裝配面形成的面輪廓公差自然會影響該組成環(huán)。

3.2 建立尺寸鏈

以往的公差設(shè)計方式總會受到工程師工作經(jīng)驗、加工能力、計算能力與技術(shù)標準的強烈影響。但在汽車制造企業(yè)生產(chǎn)制造白車身的過程中，通常存在著數(shù)不清的不確定性因素。在大批量制造加工的情況下，假如沒有認真衡量此類不確定性因素，勢必會導(dǎo)致無法挽回的多種損失。借助尺寸鏈技術(shù)對公差合理性進行分析和檢驗，將會在很大程度上影響導(dǎo)致偏差的各種因素的作用。

尺寸鏈是指依據(jù)特點次序進行排列、相互之間密切聯(lián)系的一組封閉尺寸組合。按照鏈的空間位置和幾何特性，可將鏈劃分成空間尺寸鏈、平面尺寸鏈、線性尺寸鏈。尺寸、角度、過盈量被稱為尺寸鏈的環(huán)。環(huán)涵蓋了組成環(huán)與封閉環(huán)兩類。組成環(huán)會影響封閉環(huán)，封閉環(huán)A0與組成環(huán)An之間存在著如下的函數(shù)關(guān)系：A0=f（A1，A2，…，An）。組成環(huán)形成的微小增量即各環(huán)之間的公差，公差累積到相應(yīng)程度時，會構(gòu)成相應(yīng)的尺寸鏈關(guān)系。因此對組成環(huán)本身的精度進行調(diào)整，以實現(xiàn)對封閉環(huán)的控制。

3.3 公差計算

公差分析軟件與尺寸鏈計算軟件中依次輸入相關(guān)部分的參數(shù)，通過統(tǒng)計分析法進開展仿真與計算，然后保存計算仿真的結(jié)果。實施結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，前罩與翼子板之間的裝配高差處于0.82的浮動范圍內(nèi)，滿足精度規(guī)定。誤差越小車體本身的美觀性越好，可以有效削減車體震動、風(fēng)阻降低。與此同時，汽車行駛過程中的平穩(wěn)程度與車身封閉性也會更加突出。

4? 預(yù)期發(fā)展

第一，它的柔性裝配體通常采取有限元和公差分析相聯(lián)系的策略，計算效率并不高。三維偏差分析模型要兼顧在線調(diào)整、項目返修、均值便宜等相關(guān)特殊工藝。

第二，應(yīng)該深入探討產(chǎn)品、夾具、檢具尺寸領(lǐng)域的數(shù)字化匹配封樣科技。把處于同一開發(fā)階段、存在一定對應(yīng)關(guān)系的零部件、夾具、總成、分成、檢具的尺寸數(shù)字，作為關(guān)鍵性的數(shù)字樣件特征予以保存，把它們當作諸多類型的數(shù)字匹配標準進行使用，以指導(dǎo)生產(chǎn)和設(shè)計過程的完善。

第三，逐漸與新一代的GPS體系相融合、相適應(yīng)，可實現(xiàn)在新標準體系的條件下進行三位公差建模與偏差評估工作。進一步完善面向產(chǎn)品整個生命周期的公差設(shè)計方法和設(shè)計理念。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件和三維造型軟件、公差分析軟件與產(chǎn)品全生命周期管理軟件等應(yīng)該有機融合，有效集成出新型的系統(tǒng)，推動信息流一致性，使設(shè)計部門和生產(chǎn)部門共享相關(guān)信息，正確而快速決策。

5? 結(jié)語

設(shè)計及制作白車身的制造設(shè)計環(huán)節(jié)，確需依據(jù)尺寸工程原理增加白車身的裝配總質(zhì)量，盡可能保障整車精度。初期設(shè)計人員設(shè)置白車身的尺寸時，要保障設(shè)計精度，立足于此壓縮白車身的研發(fā)時限。運算優(yōu)化后，為各個部位與配件配備更精準的尺寸，并實施裝配流程。它滿足車身工藝制造的尺寸要求。必須將車身設(shè)計活動和尺寸工程的知識和原理結(jié)合起來，循序漸進提升白車身的設(shè)計水平和制作能力，壓縮車身零配件和整體性的尺寸偏差。

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