基于尺寸工程的輥壓窗框分析與優(yōu)化

陸劍峰,羅鳳平,王地川

(寧波吉利汽車研究開發(fā)有限公司長興分公司，浙江長興 313100)

0 引言

隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展，市場競爭日趨激烈，針對整車的造型、功能、經(jīng)濟性等各方面的要求越來越高，而質量控制涉及到這其中的方方面面，并且在制造過程中，控制尺寸是控制質量的主要手段。由于輥壓窗框成本較低，因此很多經(jīng)濟型汽車都選用輥壓窗框，但是由于它工藝復雜，所以尺寸的控制較為困難，往往會因為尺寸偏差造成裝配間隙不均勻、功能異常等問題。以往很多汽車項目注重后期的調試而忽視前期的設計優(yōu)化，往往會造成后期調試及返修工作量大。因此，本文作者通過分析輥壓窗框的尺寸以及以往項目的經(jīng)驗反饋，對輥壓窗框在項目開發(fā)階段的尺寸優(yōu)化提供一些建議，達到提升輥壓窗框質量的目的。

1 輥壓窗框介紹

1.1 輥壓窗框的產(chǎn)品結構

輥壓窗框有兩種常見的結構，分別為開口式窗框與閉口式窗框，兩者之間的區(qū)別在于有無下部的加強橫梁，圖1示出某車型閉口式窗框。輥壓窗框本體通常由輥壓件拼焊而成，再輔以后視鏡安裝板等沖壓件。窗框在整車上的作用主要為：外觀匹配、后視鏡/飾板安裝、密封條安裝、玻璃導槽功能等，其在整車上的位置為顧客視覺最敏感的區(qū)域之一，因此它的尺寸對整車外觀有著重要的影響。

圖1 某車型輥壓窗框(閉口式)

1.2 輥壓窗框的工藝

輥壓窗框的工序眾多，通常輥壓窗框的工序主要包含：輥壓、拉彎、沖壓、包邊、鋸切、角焊焊接、總成焊接、打磨、矯形、挫修、檢驗等。輥壓窗框之所以成本較低，很大原因也是由于輥壓工藝生產(chǎn)效率高，節(jié)省材料[1]。另外，它的焊接由于結構關系常以燒焊為主，而燒焊工藝的熱變形對尺寸有著較大的影響。

2 輥壓窗框尺寸分析

從以往項目的經(jīng)驗反饋來看，兩種輥壓窗框的結構對尺寸的影響各有優(yōu)劣，開口式的優(yōu)點在于窗框的開口尺寸可以通過夾具調整，但是來料尺寸非常不穩(wěn)定，現(xiàn)場返修率很高。閉口式的優(yōu)點在于來料尺寸穩(wěn)定，但是現(xiàn)場不易調整開口尺寸，對供應商的質量保證能力要求較高。下面以某車型的閉口輥壓窗框舉例說明輥壓窗框尺寸最難保證的區(qū)域以及最終體現(xiàn)在整車上的缺陷。

2.1 理論計算

以某車型輥壓窗框為例，尺寸設計階段給輥壓窗框的外觀輪廓匹配面的公差為±0.6，與之相匹配的車門內板的公差為±0.5，通過3DCS軟件三維建模仿真分析，輥壓窗框與門內版焊接后，窗框上部Y向由于杠桿原理放大偏差，尖角位置6σ達到了4.14，無法滿足車門總成±0.7的公差要求。圖2示出輥壓窗框與門內板焊接仿真分析結果示意。

圖2 仿真分析結果

2.2 實測數(shù)據(jù)

通過搜集某車型車門總成的實際測量數(shù)據(jù)，分析計算后得到窗框尖角區(qū)域面差點6σ為3.74(21臺份樣本)，實際制造的尺寸精度無法滿足設計要求。由實際制造結果看，窗框區(qū)域尺寸不穩(wěn)定，匹配難度大，需要重點關注，提前制定優(yōu)化方案，保證整車目標達成。圖3示出某車型窗框尖角處實際測量結果。

圖3 窗框尖角處實際測量結果

2.3 整車常見缺陷(窗框區(qū)域)

通過對標搜集部分車型的尺寸問題，并梳理歸納出了與輥壓窗框有關的問題。主要有以下幾項：(1)B柱區(qū)域面差/間隙不均；(2)后三角窗與后門窗框面差/間隙不均；(3)后視鏡底座/前三角窗與前門窗框面差高低不平；(4)前后門窗框頂部不對齊；(5)前后門水切不對齊。圖4示出以上問題的區(qū)域。

圖4 問題區(qū)域

3 輥壓窗框尺寸優(yōu)化

以上列出的常見尺寸缺陷，在后期往往只能依靠人工返修來解決，費時費力，甚至可能會造成停線，而通過提前介入，通過一些尺寸優(yōu)化的手段例如定位優(yōu)化、公差調整等，則可以降低后期匹配難度，減少以上問題發(fā)生的概率及返修率，下面分別從造型、產(chǎn)品、尺寸、工藝等幾大方面出發(fā)闡述一些窗框尺寸的優(yōu)化手段。

3.1 造型設計

在汽車造型階段，尺寸部門需要對造型數(shù)據(jù)進行同步工程分析，以規(guī)避和減少工業(yè)化階段所帶來的潛在尺寸風險[2]，因此造型的設計往往直接影響到后期的匹配難度，比如前后車門中縫，既有面差要求又有間隙要求，而且處于顧客視覺最敏感的區(qū)域，偏差過大會嚴重影響視覺美感，降低顧客購車意愿。

窗框區(qū)域部分位置可以通過造型設計來弱化視覺感知，比如窗框上部與側圍上部面差匹配區(qū)域造型設計較大的落差，而不是完全齊平，以此來降低視覺敏感度。此外，該區(qū)域的間隙由于有密封條的存在也被相對弱化，因此窗框上部與側圍上部的間隙面差的匹配難度大大降低。另外，其余區(qū)域比如水切與車門外板的面差、后門與后三角窗的面差、后視鏡與側圍A柱的面差等均可通過類似的造型設計進行弱化。圖5示出窗框上部與側圍的面差。

圖5 窗框上部與側圍的面差

3.2 產(chǎn)品設計

輥壓窗框是由多個零件焊接組成，并且窗框總成與門內板的焊接面也眾多，因此在造型確定之后還可以通過簡化產(chǎn)品結構來降低后期匹配風險。比如可以取消窗框上附帶的小件，將小件放在門內板上焊接，簡化窗框結構；盡量減少X及Z向的焊接面，可降低干涉風險；避免窗框與內板大面積匹配，降低零件共面度要求等。圖6示出輥壓窗框結構簡化示例。

圖6 輥壓窗框結構簡化示例

3.3 尺寸設計

從定位角度出發(fā)，普通零部件通常采用定位銷、定位面的定位方式，以往很多車型輥壓窗框同樣采用該方式。但是零件公差由整車DTS(尺寸公差技術規(guī)范)逐步往下分解，原則上分配到單件的尺寸公差會比較苛刻[3]，并且由于輥壓窗框工藝復雜，實際制造能力受到限制，因此如果依舊采用上述定位方式將導致較大的公差累積。因此，為了減少公差累積，可以用整車匹配要求高的輪廓作為定位點，把匹配輪廓的尺寸公差置零，將公差累積釋放到非關鍵區(qū)域。圖7示出輥壓窗框的兩種定位方案。

圖7 輥壓窗框的兩種定位方案

從公差角度出發(fā)，為了降低后期匹配難度，對部分關鍵區(qū)域進行公差的調整以滿足最終整車要求。比如B柱區(qū)域外觀輪廓公差改為0.6；與門內板焊接區(qū)域增加復合公差0.5。另外，為了快速進行判斷零件是否滿足公差要求，可以在主機廠內復制一套檢具。

3.4 工藝設計

輥壓窗框角焊夾具的定位采用單件檢測定位點，保持制造基準與檢測基準一致，以便于測量數(shù)據(jù)對應性分析。

輥壓窗框總成焊接夾具的定位采用輪廓定位，與總成檢測定位保持一致，縮短尺寸鏈。此外，在總成焊接夾具上可設置精導向，并且與零件保留(0.5±0.1)mm的間隙，使夾具具有檢測功能，當零件與精導向干涉無法放入夾具時，即可識別缺陷零件，避免使用變形或超差的零部件，降低廠內返修量。

對于輥壓窗框總成夾具的夾緊順序，通過調節(jié)氣缸速度優(yōu)先夾緊B柱、C柱等關鍵匹配區(qū)域，降低夾緊順序對這些位置的影響。對于窗框總成焊接順序，優(yōu)先焊接對接區(qū)域，再焊接搭接區(qū)域，減少燒焊冷卻過程產(chǎn)生的零件變形。對于窗框總成與門內板的焊接順序，優(yōu)先焊接前后的Y向定位焊點，再焊接其余Y向，然后焊接其余方向的焊點。圖8示出某車型輥壓窗框總成焊接夾具。

圖8 某車型輥壓窗框總成焊接夾具

3.5 供應商管理

輥壓窗框的質量與供應商的質量保證能力直接掛鉤，因此選擇實力較強、口碑較好的供應商是十分重要的。確定供應商之后，需要盡早介入并全程跟蹤供應商的開發(fā)進度，做好前期審核工作，比如確保圖紙、檢具、夾具的定位保持一致，檢測信息是否滿足圖紙標注的要求等。到了交樣階段，需要提高供應商質量意識，確保供應商按時提供零件檢測報告并確保報告真實可靠，并同時提供夾具/檢具精度、重復性報告，并且做好調試記錄，便于后期追溯。到了量產(chǎn)階段，需要確保供應商繼續(xù)保持零件質量，不降低監(jiān)控標準，并按時提供檢測報告。

4 結束語

輥壓窗框的尺寸保證長期以來都是一大難點，僅僅依靠后期匹配調試或返修來達到質量目標是治標不治本的手段，而通過在項目開發(fā)階段就提前分析并介入，進行一定程度優(yōu)化，可以大大降低后期的匹配調試難度，降低所需投入的資源，保證質量的同時降低了制造成本。