某車(chē)型尾飾燈與背門(mén)的尺寸偏差分析與優(yōu)化

張建明 夏建華

摘 要：在汽車(chē)實(shí)物匹配過(guò)程中 為了提高外觀品質(zhì) 在零件尺寸匹配方面往往花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。文章以某車(chē)型尾飾燈與背門(mén)的匹配為例 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段通過(guò)3DCS軟件對(duì)零件模型進(jìn)行模擬抽樣尺寸仿真分析 模擬實(shí)物階段可能出現(xiàn)的問(wèn)題 依據(jù)仿真分析結(jié)果 優(yōu)化零部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、GD&T 減少了實(shí)車(chē)匹配階段的重復(fù)工作 從而縮短匹配周期。

關(guān)鍵詞：尺寸;偏差分析;3DCS

中圖分類(lèi)號(hào)：U466? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）18-86-03

Abstract： In the stage of product design and development， in order to improve the product appearance quality， the structural design and GD&T of rear Lamp and rear door are simulated and verified by 3DCS. According to the simulation results， the part structure model and GD&T are optimized to reduce the repeated work in the matching stage， so as to shorten the matching cycle.

Keywords： Dimension; Deviation analysis; 3DCS

CLC NO.： U466? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-86-03

1 前言

隨著汽車(chē)的普及消費(fèi)者生活品質(zhì)的提高 人們對(duì)汽車(chē)外觀感知質(zhì)量的要求越來(lái)越高。尾燈區(qū)域是構(gòu)成汽車(chē)整體造型風(fēng)格的重要組成部分 也是顧客重點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)之一。尾燈與周邊區(qū)域的間隙面差也側(cè)面反映了生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計(jì)與制造水平。尾飾燈與背門(mén)的間隙面差受自身結(jié)構(gòu)定位、制造精度、鈑金件沖壓、焊接公差等諸多因素影響 若能在設(shè)計(jì)初期通過(guò)模擬裝配方法 仿真實(shí)際裝配誤差 并合理分配公差 將會(huì)減少后期產(chǎn)品變更 縮短開(kāi)發(fā)周期 同時(shí)也能有效降低生產(chǎn)制造成本。

2 分析原理

每個(gè)零件、制造過(guò)程都有其相應(yīng)的偏差 先按照經(jīng)驗(yàn)值對(duì)零件給定公差 然后按“自下而上”的方式累積到整車(chē) 測(cè)量實(shí)際目標(biāo)位置的范圍與標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行比較 并根據(jù)敏感度與幾何因子 對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和公差分配進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化 從而在保證零部件可制造性的前提下確保整車(chē)裝配后間隙段差達(dá)到設(shè)計(jì)要求效果。

3DCS軟件按照蒙特卡洛算法對(duì)零部件進(jìn)行虛擬制造并進(jìn)行實(shí)際模擬裝配 設(shè)定如下條件：

（1）取樣次數(shù)為5000次;

（2）所有零件為剛體考慮;不考慮裝配力、熱膨脹、重力、彎曲或回彈;

（3）產(chǎn)品制造公差按正態(tài)分布 6西格瑪范圍與公差范圍相符 中心正態(tài)分布。

3 模型搭建

3.1 數(shù)據(jù)分析

背門(mén)外板（圖1中件1）一般為0.6～0.8mm厚的薄板件 尺寸大、剛度低 但尾飾燈安裝板（圖1中件2）剛度好 可近似作為剛性零件。背門(mén)外板和尾飾燈安裝板焊接為一體后 局部區(qū)域（圖1的區(qū)域A）剛性好 可以將局部區(qū)域作為剛性零件。

根據(jù)制造工藝建立的模型結(jié)構(gòu)如圖2 即先將背門(mén)外板與尾飾燈安裝板在夾具上焊接為背門(mén)外板分總成后 再建立尾飾燈與背門(mén)外板分總成的模型 進(jìn)行測(cè)點(diǎn)分析。

3.2 模型建立

由于背門(mén)外板尺寸較大且為柔性件 因此先用Six-Plane Move命令將背門(mén)外板預(yù)裝配到夾具FIX上。此時(shí)在背門(mén)外板的尾飾燈配合處的定位面和夾具FIX支撐塊可能有間隙或干涉 為模擬實(shí)際情況 要通過(guò)AutoBenld Move命令使背門(mén)外板和夾具夾持面貼合 同時(shí)尾飾板燈安裝板和背門(mén)外板連接處需通過(guò)Benld連接 以模擬焊接的變形。

3.3 給定公差與建立測(cè)量

根據(jù)零部件的結(jié)構(gòu)及初步制造能力分析 給定初始公差范圍如表1：

4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過(guò)分析（圖5 間隙狀況） 發(fā)現(xiàn)G03、G05～G06位置的實(shí)際間隙超差率較高 需要進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。根據(jù)敏感度結(jié)果 構(gòu)成間隙的背門(mén)外板與燈面輪廓度、燈安裝板安裝點(diǎn)的平面度三個(gè)公差貢獻(xiàn)度約為72% 尾飾燈的輔助定位基準(zhǔn)C的貢獻(xiàn)度約為10%。

F01～F07位置的面差（數(shù)值圖略） 超差率普遍在5%以上 根據(jù)敏感度結(jié)果 構(gòu)成面差的背門(mén)外板、燈外表面輪廓度貢獻(xiàn)在85%以上。

數(shù)模中 尾飾燈的輔助定位基準(zhǔn)C在燈的中間位置（圖6） 定位不好。由于燈尺寸較小 通過(guò)兩點(diǎn)安裝定位 若安裝點(diǎn)局部平面度偏差不穩(wěn)定 可能導(dǎo)致燈向上或下翻轉(zhuǎn)。

5 優(yōu)化分析

根據(jù)以上結(jié)果對(duì)以上公差進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)和供應(yīng)商溝通 燈的面輪廓度可以控制在1.4mm 背門(mén)外板局部輪廓度相對(duì)燈的基準(zhǔn)可以控制在1.0mm 尾飾板燈安裝點(diǎn)的平面度暫無(wú)法優(yōu)化。

將C基準(zhǔn)向右移動(dòng)約70mm至C處（圖6）。同時(shí)優(yōu)化燈的安裝點(diǎn)Ⅰ、Ⅱ（圖6）在Z向的尺寸 同時(shí)優(yōu)化FIX的支撐面位置。安裝點(diǎn)平面度在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中要重點(diǎn)管控。

重新采用5000次抽樣分析 結(jié)果如圖7。 間隙、面差的超差率都在1%以下 達(dá)到目標(biāo)。

6 分析流程

汽車(chē)是一個(gè)層級(jí)復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 在數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程中為滿(mǎn)足實(shí)物階段要求 一般采用的措施有：滿(mǎn)足成型的前提下減少零件數(shù)量 減少零件的焊接或裝配層級(jí) 定位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量靠近需確保的功能尺寸等。但為準(zhǔn)確找到關(guān)鍵零件公差、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)缺陷 初步建立了開(kāi)發(fā)階段尺寸分析流程（如圖8）。

7 結(jié)語(yǔ)

對(duì)車(chē)型尾飾板燈的外觀尺寸在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行模擬抽樣分析 根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化了零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 并根據(jù)各個(gè)尺寸公差敏感度系數(shù)為參考 快速準(zhǔn)確的找到問(wèn)題根源并提前優(yōu)化 也對(duì)后期開(kāi)發(fā)過(guò)程中零部件的關(guān)鍵尺寸控制要素提供依據(jù) 初步建立了分析流程 從而縮短后續(xù)的實(shí)物匹配開(kāi)發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)

[1] 漕渡.劉永清.汽車(chē)尺寸工程技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[2] 紅升.基于3DCS的白車(chē)身子基準(zhǔn)的公差設(shè)計(jì)[J].汽車(chē)技術(shù)，2014 （7）：59～62.

[3] 梁武生，張義東，鄧儒成，等.翼子板不同基準(zhǔn)體系探討[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2017（3）：46～48.

[4] 3DCS Tutorials Based 7.3.2.1[Z].