淺談車(chē)身沖焊件定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

王國(guó)鵬　蔣偉光　黃建茌

摘 要：車(chē)身是汽車(chē)的重要組成部分，所有零部件均是以車(chē)身為載體進(jìn)行裝配的，其尺寸精度將影響功能部件的性能發(fā)揮、外觀是否均勻、是否有異響等。車(chē)身一般由400-600個(gè)沖壓件通過(guò)夾具定位，從分總成到總成、再到總拼焊接而成，夾具設(shè)計(jì)則是根據(jù)給定的MCP/MCS圖或定位基準(zhǔn)進(jìn)行的，基準(zhǔn)體系可以控制單件、分總成、總成、裝配及檢測(cè)過(guò)程中基準(zhǔn)位置一致，狀態(tài)穩(wěn)定，從而保證有功能要求的安裝孔、安裝面、切邊等尺寸受控，定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的好壞會(huì)直接影響車(chē)身尺寸精度。本文簡(jiǎn)要介紹沖焊件定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)相關(guān)依據(jù)和方法，為工程技術(shù)人員在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中提供參考。

關(guān)鍵詞：車(chē)身 沖焊件 定位基準(zhǔn) 規(guī)范

1 引言

近年經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展促進(jìn)生活水平不斷提高，汽車(chē)作為一種消費(fèi)品在普通家庭中開(kāi)始大規(guī)模普及，并且保有量在不斷加大。所有零部件均是以車(chē)身為載體進(jìn)行裝配的，其尺寸精度好壞直接影響產(chǎn)品品質(zhì)，而夾具定位又是車(chē)身尺寸控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。夾具設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)給定的MCP/MCS圖或定位基準(zhǔn)開(kāi)展的，基準(zhǔn)體系可以控制單件、分總成、總成、裝配及檢測(cè)過(guò)程中基準(zhǔn)位置一致，狀態(tài)穩(wěn)定，從而保證有功能要求的安裝孔、安裝面、切邊等尺寸受控，定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的好壞會(huì)直接影響車(chē)身尺寸精度。本文將簡(jiǎn)要探討車(chē)身沖焊件定位基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法，便于在新項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中提供相關(guān)參考。

2 沖焊件定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)范

3-2-1定位原則介紹

一個(gè)剛性體零件在空間坐標(biāo)系中存在六個(gè)方向自由度，分別朝X軸、Y軸、Z軸的平移運(yùn)動(dòng)，繞X軸、Y軸、Z軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以通過(guò)基準(zhǔn)定位實(shí)現(xiàn)零件六個(gè)自由度的限制，第一基準(zhǔn)規(guī)定方向，3點(diǎn)或面接觸控制3個(gè)自由度（如Z1、Z2、Z3限制Z軸的平移，X/Y兩軸的旋轉(zhuǎn)），第二基準(zhǔn)用作定位，2點(diǎn)或線接觸控制2個(gè)自由度（如Y1、Y2限制Y軸的平移，Z軸的旋轉(zhuǎn)），第三基準(zhǔn)用來(lái)固定，控制零件的旋轉(zhuǎn)，1點(diǎn)控制1個(gè)自由度（如X1限制X軸的平移），如圖1所示，該套基準(zhǔn)限制了零件的6個(gè)自由度，因此叫3-2-1定位原則。

2.1 定位基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)流程

在進(jìn)行定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)，首先我們要充分了解產(chǎn)品的特性及各功能方面的要求，明確產(chǎn)品的輸入及控制要求，第二步依據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)特征要求和尺寸要求，制定出關(guān)鍵控制因子，第三步按照3-2-1（3可以為N）定位原則開(kāi)始確定零部件基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)孔位置，第四步根據(jù)總裝件裝配流程判定選取的基準(zhǔn)位置是否可行？對(duì)于無(wú)法滿足的應(yīng)重新選取，第五步根據(jù)零部件焊接工藝流程判定所選基準(zhǔn)位置是否滿足尺寸控制要求？無(wú)法滿足則返回重新選取，第六步確定所選基準(zhǔn)位置是否每工序位置一致、連續(xù)繼承？以上六項(xiàng)是定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的因素，定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)后需逐步核對(duì)至滿足要求。

2.2 定位基準(zhǔn)的分解順序

在開(kāi)展定位基準(zhǔn)的詳細(xì)方案設(shè)計(jì)時(shí)，整車(chē)尺寸控制目標(biāo)DTS值確定后，根據(jù)該目標(biāo)值開(kāi)始分解總裝件的裝配流程，在裝配流程圖確定后根據(jù)總裝件裝配特性制定對(duì)應(yīng)車(chē)身總成處的定位基準(zhǔn);白車(chē)身則按照規(guī)劃的焊裝工藝流程向下逐級(jí)細(xì)化為分總成，每級(jí)分總成分別設(shè)計(jì)出相應(yīng)的定位基準(zhǔn)，若下一級(jí)分總成無(wú)法繼承上級(jí)總成基準(zhǔn)位置時(shí)，回到上層或更高層修改基準(zhǔn)位置，直到下級(jí)總成可完全滿足;部分零件的加工工藝性質(zhì)不同，如自動(dòng)沖壓或輥壓等制造工藝，需考慮這部分單件基準(zhǔn)位置精度是否滿足控制目標(biāo)。

2.3 定位基準(zhǔn)的考慮因素

2.3.1 功能性

定位基準(zhǔn)最終要保證車(chē)身精度達(dá)標(biāo)、滿足功能零部件的安裝，因此"功能性"是優(yōu)先考慮的因素，基準(zhǔn)選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮將其放置在與其裝配工藝相適應(yīng)的區(qū)域?；鶞?zhǔn)又作為汽車(chē)車(chē)身制造和尺寸檢驗(yàn)的重要控制位置，貫穿整個(gè)制造及測(cè)控過(guò)程，要求基準(zhǔn)處位置精度高、狀態(tài)穩(wěn)定、一致性好，同時(shí)基準(zhǔn)所在平面最好能覆蓋整個(gè)零件確保尺寸控制有效，薄板件有易變性特性，在基準(zhǔn)選擇時(shí)需要設(shè)置防止變形的輔助基準(zhǔn)面，通常每300mm-400mm范圍內(nèi)設(shè)置一處;選擇的基準(zhǔn)位置要能代表實(shí)際狀態(tài)零件的某些特征關(guān)系，如采用切邊做基準(zhǔn)的沖壓件無(wú)整形工序時(shí)就無(wú)法代表其特征關(guān)系，此時(shí)的基準(zhǔn)位置屬于非穩(wěn)定狀態(tài);安裝支架等小零件在基準(zhǔn)選取時(shí)考慮定位孔優(yōu)先，能用孔做基準(zhǔn)就不要用隨形定位;分總成或總成定位時(shí)還要考慮焊點(diǎn)布置及焊接通道，至少滿足“定位焊點(diǎn)”在主夾具上焊接可行，在滿足尺寸目標(biāo)同時(shí)兼顧夾具布局，降低夾具設(shè)計(jì)難度。

2.3.2 可重復(fù)性

定位基準(zhǔn)的可重復(fù)性要求，就是基準(zhǔn)特征在制造過(guò)程中能夠保持狀態(tài)穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)檠b配等過(guò)程影響發(fā)生波動(dòng)，對(duì)過(guò)程中出現(xiàn)的誤差不敏感，控制狀態(tài)穩(wěn)定。一般可將基準(zhǔn)位置選擇在總裝件裝配面、焊接搭接面等重復(fù)性要求高的位置，其他區(qū)域作為誤差釋放使用。

2.3.3 一致性和繼承性

定位基準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次和車(chē)身焊裝工藝流程層次一致，最開(kāi)始輸入白車(chē)身的基準(zhǔn)面、主副定位孔位置，接下來(lái)是各級(jí)總成如下車(chē)體、左右側(cè)圍、加強(qiáng)內(nèi)框分總成等的基準(zhǔn)面和主副定位孔，最后是組成各分總成沖壓件的基準(zhǔn)面、主副定位孔。從上至下各級(jí)總成的基準(zhǔn)面和主副定位孔盡可能保持一致、前后繼承，即向下的基準(zhǔn)層級(jí)分解最終要體現(xiàn)在單件，向上各級(jí)總成的基準(zhǔn)面及主副定位孔則是從每個(gè)單件的基準(zhǔn)中繼承而來(lái)。尺寸部門(mén)建立的基準(zhǔn)體系在設(shè)計(jì)、沖壓、焊裝、總裝、檢測(cè)等部門(mén)均應(yīng)得到共享、執(zhí)行，基準(zhǔn)體系則能夠在制造、裝配、檢測(cè)環(huán)節(jié)共用且一致，最終實(shí)現(xiàn)單件、總成、檢測(cè)、夾具及檢具等定位基準(zhǔn)統(tǒng)一、相互繼承，總成的基準(zhǔn)面要盡量少，在生產(chǎn)中可以一直繼承下去，保證過(guò)程公差傳遞最小。

2.3.4 可行性

定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)選取時(shí)，要求所選形狀盡量簡(jiǎn)單、不要過(guò)約束，基準(zhǔn)在選擇時(shí)優(yōu)先選擇順序?yàn)榭?面>邊，按最簡(jiǎn)原則選取的基準(zhǔn)位置校核時(shí)一次通過(guò)概率高，當(dāng)選擇的基準(zhǔn)可行性較差時(shí)，在試制環(huán)節(jié)尺寸精度控制困難，需反復(fù)調(diào)試甚至重新修改基準(zhǔn)位置，選擇可行性好的基準(zhǔn)會(huì)有效降低試制階段控制難度。

3 沖焊件定位基準(zhǔn)的選擇方法

3.1 定位孔的選擇

3.1.1 定位孔規(guī)格選擇

零件定位孔通常由主、副兩個(gè)定位孔組成，主定位孔一般為圓孔，控制兩個(gè)方向自由度（旋轉(zhuǎn)、平移）;副定位孔一般為長(zhǎng)圓孔，控制一個(gè)方向自由度（旋轉(zhuǎn)），雙圓孔定位在主機(jī)廠中也較常見(jiàn)，主要區(qū)別如下：第一種“圓孔+長(zhǎng)圓孔”組合使用“兩圓銷(xiāo)”定位時(shí)，在兩孔連線方向上長(zhǎng)圓孔可以釋放公差、減少焊接應(yīng)力，這種方式穩(wěn)定可靠，在歐美汽車(chē)尺寸體系中應(yīng)用廣泛;第二種“兩圓孔”組合使用“兩圓銷(xiāo)”定位時(shí)屬于過(guò)定位結(jié)構(gòu)，零件圓孔和定位圓銷(xiāo)沒(méi)有主副定位區(qū)分，間接提高了定位孔相對(duì)位置精度要求，相比第一種定位方式，該兩孔連線方向的孔位精度較高;第三種“兩圓孔”組合使用“圓銷(xiāo)+菱形銷(xiāo)”定位時(shí)，菱形銷(xiāo)在裝配時(shí)可以吸收誤差預(yù)防干涉，有一定的公差釋放功能，選取哪種定位方式需根據(jù)車(chē)企自身建立的尺寸體系確定。零件主次定位孔尺寸一般不小于φ6mm，最好大于φ8mm，直徑太小的定位銷(xiāo)折斷頻率高，影響正常生產(chǎn);沖壓件加工單件定位孔尺寸D時(shí)，公差一般為0mm-0.1mm內(nèi)，故定位銷(xiāo)理論尺寸設(shè)計(jì)為（D-0.1）mm，公差為-0.05mm-0mm內(nèi)。

3.1.2 定位孔位置選擇

零件定位孔位置選擇時(shí)，應(yīng)該整體剛性好、不易發(fā)生變形、制造過(guò)程穩(wěn)定的區(qū)域選擇，避免出現(xiàn)在沖壓件非穩(wěn)定區(qū)域，例如翻邊處、拉延區(qū)域、回彈面等不受控位置;定位孔所在的面原則上要求為平面，優(yōu)先選擇沖壓成型方向的平面，或者與整車(chē)坐標(biāo)系平行的平面，一般通過(guò)“承臺(tái)設(shè)計(jì)”均能滿足上述要求。定位孔優(yōu)先選擇有重要功能的孔，既是工藝定位孔，同時(shí)是功能安裝孔，尺寸控制精度好，避免將定位孔選擇在工藝過(guò)孔、車(chē)身漏水孔、涂裝漏液孔等精度差位置。

主副定位孔之間的節(jié)間距要求盡量做大，弱化零件邊緣尺寸誤差受杠桿原理放大影響，通常主副定位孔之間的節(jié)間距需大于零件長(zhǎng)度的2/3;對(duì)于分總成而言，主副定位孔一般從兩個(gè)零件上分別選取，主副定位孔軸心連線與長(zhǎng)圓孔長(zhǎng)軸方向共線，無(wú)法滿足時(shí)需控制在15°內(nèi)，如圖2所示;主副定位孔應(yīng)分布在各級(jí)總成對(duì)角線位置，地板類(lèi)薄板件則在另一對(duì)角位置處增加輔助定位孔。當(dāng)兩個(gè)沖壓件重疊且定位孔位置相同情況下，優(yōu)先選擇同一主、副定位孔作為分總成定位系統(tǒng)，避免多套定位基準(zhǔn)出現(xiàn)，圖3的定位方案比圖4的定位方案更優(yōu)。

3.2 定位面的選擇方法

定位面在基準(zhǔn)系統(tǒng)中表示焊接、裝配或檢測(cè)過(guò)程中，需要設(shè)置支撐或夾持的位置，定位面要從單件、分總成、總成到白車(chē)身的各層級(jí)位置保持一致，最終整車(chē)能夠繼承部分來(lái)自單件的基準(zhǔn)面。通常會(huì)將基準(zhǔn)面選擇容易控制、不易變形的區(qū)域，定位面連線投影面積要足夠大，例如選擇在功能安裝面、焊接搭接面上，沖壓?jiǎn)渭t優(yōu)先選擇在沖壓模具同一工序成型的面，同時(shí)模具區(qū)域不易發(fā)生變形或磨損，對(duì)于易變形零件則需增加輔助定位面，當(dāng)定位面選擇在翻邊位置處，一般位于翻邊的中點(diǎn)位置，零件主基準(zhǔn)面分布在不同平面上時(shí)，需要使用面輪廓度相互控制;在基準(zhǔn)面選擇時(shí)還需要考慮焊接性，定位面要盡量選擇在空曠區(qū)域，讓開(kāi)焊接通道，零件或總成剛度足夠情況下，盡量不出現(xiàn)過(guò)約束增加控制難度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了沖焊件定位基準(zhǔn)的規(guī)范、定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)步驟、分解順序及考慮的因素，對(duì)定位孔及定位面的選擇做了簡(jiǎn)要介紹，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中指導(dǎo)零件定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，通過(guò)同步工程介入，零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中融入“加工基準(zhǔn)”理念，更好地指導(dǎo)后期沖焊件基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，保證車(chē)身尺寸快速、有效調(diào)試，為產(chǎn)品品質(zhì)提升打好基礎(chǔ)。

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