淺談車身精度影響因素分析

夏朋朋

大運汽車股份有限公司 山西省運城市 044000

1 引言

整車制造過程中，尺寸偏差不但影響整車裝配效率，車身精度的好壞直接影響整車裝配后品質(zhì)及質(zhì)量，嚴(yán)重可以降低整車使用壽命。

車身生產(chǎn)由鈑金單件、總成合件、分總成、車身總成逐級拼焊而成。從設(shè)計到生產(chǎn)，每個環(huán)節(jié)都有可能存在誤差，包括設(shè)計誤差、單件誤差、焊接誤差等，最終公差累計導(dǎo)致車身整體精度差。

2 車身簡述

2.1 白車身定義

汽車白車身(Body In White,BIW) 通常是指在焊裝車間已經(jīng)焊接好但尚未進入涂裝噴漆的白皮車身，這種白車身是由不同料厚不同材料的鈑金沖壓件通過焊接拼裝而成的車身。

2.2 車身常規(guī)開發(fā)流程

隨著產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計要求周期的不斷縮短，大多數(shù)的車身開發(fā)與設(shè)計采用正向與逆向復(fù)合工程，各廠家針對不不同的項目，各有所不同，圖1 為一般正向開發(fā)流程，各階段都有可能對車身精度產(chǎn)生影響，車身精度的控制是一個系統(tǒng)的工程。

圖1 開發(fā)流程

3 車身精度影響因素

從設(shè)計到制造全過程分析，影響車身精度因素：車身設(shè)計偏差、模夾檢偏差、零部件偏差、制造偏差。其結(jié)構(gòu)關(guān)系如下圖2 所示。

圖2 魚骨圖

因?qū)е萝嚿砭绕畹脑虮容^多，問題相對復(fù)雜，主要從車身設(shè)計偏差方面討論，對車身設(shè)計的幾個關(guān)鍵原則分析，就設(shè)計質(zhì)量方面，主要因素：車身結(jié)構(gòu)設(shè)計、定位基準(zhǔn)設(shè)計、定位基準(zhǔn)一致性、尺寸鏈設(shè)計與公差分配等，下文主要從以上幾個因素方面展開說明。

3.1 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計

車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計是整車設(shè)計的非常重要的環(huán)件，在這個階段考慮的問題非常多，結(jié)構(gòu)、模具、焊接、裝配等，在整車A 面確定凍結(jié)后，結(jié)構(gòu)設(shè)計就成為主要的工作，結(jié)構(gòu)設(shè)計一般多用逆向開發(fā)，多數(shù)參考成熟的車型的截面和結(jié)構(gòu)，在保證整車開發(fā)精度。結(jié)構(gòu)設(shè)計大致遵循的原則如下：

（1）單件零件在滿足功能的情況下，盡可能降低零件的復(fù)雜程度，既減少零件成型的工序；

（2）總成零件在滿足功能要求的情況下，盡可能減少零件的數(shù)量，減少總成拼焊的層級，采用整體結(jié)構(gòu)；

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計需保證零件和總成的剛度和強度；

（4）所有零件均應(yīng)有定位基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)優(yōu)先選擇原則孔基準(zhǔn)、線基準(zhǔn)、面基準(zhǔn)；

（5）設(shè)計基準(zhǔn)、模具基準(zhǔn)、夾具基準(zhǔn)、檢具基準(zhǔn)的一致性，減少因基準(zhǔn)變化帶來的累計誤差；

（6）減少二保焊等高熱量焊接方式，盡量采用電阻焊方法，減少焊接變形。

（7）焊點布置位置和數(shù)量合理，焊點的位置和數(shù)量影響到車身剛度，及生產(chǎn)效率。

3.2 定位基準(zhǔn)一致性

3.2.1 零件的定位

對于車身總成，單件的位置偏差對車身總成的精度偏差有著重要的影響，而設(shè)計狀態(tài)，在車身坐標(biāo)系中車身零部件（運動件除外）的絕對位置是惟一。如何保證車身零部件絕對位置的精確性就必須引入定位的概念，對車身零件進行定位。

一個物體空間坐標(biāo)系中的運動可以分解成六種運動形式，包括沿三軸的平動與繞三軸的轉(zhuǎn)動，即物體在空間中的六個自由度（如圖3）。定位只要限制了在空間中的六個自由度，也就確定了車身零部件在空間中絕對位置的一致性。

圖3 自由度示意圖

3.2.2 零件的定位規(guī)則

在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須設(shè)計出相應(yīng)的元素來對車身零部件進行定位，包括定位孔、定位邊、定位面等，針對小零件或零件的剛度不變化，最基本原則就是“3-2-1”原則，對于體積比較大的薄板零件通常為“N-2-1”原則，即第一基準(zhǔn)面的定位點數(shù)N（N ≧3），增加輔助定位點，第二、第三基準(zhǔn)面所需的定位點數(shù)為兩個和一個。其中第一基準(zhǔn)面定位點數(shù)，一般通常根據(jù)經(jīng)驗直接選擇，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞嚼肅AE 有限元分析和非線性規(guī)劃方法找到最優(yōu)的“N”點定位，使薄板件的總體變形最小。

圖4 邊界定位示意圖

3.3 零件的定位車身基準(zhǔn)系統(tǒng)（RPS）

3.3.1 RPS 系統(tǒng)

RPS：Referenzpunktsystem (定位點系統(tǒng))的縮寫，是汽車行業(yè)通用并且公認的定位系統(tǒng)，使用RPS 系統(tǒng)的目的：設(shè)計、開發(fā)、裝配、總裝、測量所有環(huán)節(jié)都采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)點定位系統(tǒng)，減少因基準(zhǔn)不統(tǒng)一而產(chǎn)生的偏差，以改善生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。

圖5 一面兩銷定位示意圖

3.3.2 RPS 系統(tǒng)的制定過程

RPS 系統(tǒng)制定過程可以分為下面六個步驟：

圖6 制定流程圖

3.3.3 RPS 系統(tǒng)應(yīng)用

RPS 系統(tǒng)應(yīng)在3D 數(shù)據(jù)、（GD&T）圖紙、技術(shù)文件中均要體現(xiàn)，RPS 的標(biāo)示方式大同小異，各個公司有自己的變化，但都是以大眾公司標(biāo)準(zhǔn)VW01055、VW01077 為藍本，見下圖7。

圖7 RPS 標(biāo)注示意圖

3.4 尺寸公差分配和尺寸鏈設(shè)計

車身設(shè)計中涉及到一些非常關(guān)鍵的尺寸，例如對整車性能產(chǎn)生重大影響的車身硬點尺寸，對整車外觀品質(zhì)具有重大影響的間隙和面差尺寸。對于上述尺寸，不僅要設(shè)定其尺寸公差，還要確認直接影響該尺寸的每個環(huán)節(jié)，這樣便形成閉環(huán)的尺寸組，即尺寸鏈，并把最終設(shè)定的公差分配尺寸鏈的每一個環(huán)節(jié)上，即尺寸鏈公差分配設(shè)計。

所謂尺寸鏈公差設(shè)計，即對產(chǎn)品設(shè)計所確定的某一尺寸的公差進行設(shè)定，并把該公差分配到尺寸鏈的每個環(huán)節(jié)（沖壓、焊接、裝配等），通過公差的分配，確保尺寸鏈每個環(huán)節(jié)的尺寸公差既符合設(shè)計要求，要考慮到制造系統(tǒng)的經(jīng)濟性的制造能力，又可實現(xiàn)，最終確保終端尺寸公差的合理性。

圖8 公差分配流程圖

3.4.1 公差分配工作流程

公差分配是根據(jù)生產(chǎn)制造精度、零件重要性、設(shè)計目標(biāo)，綜合考慮制造工藝性，從而確定每個零件制造時允許偏差的過程。公差分配要充分考慮當(dāng)前的生產(chǎn)水平，分析公差的重要度。

3.4.2 公差分配計算

公差分配完成要進行公差分配計算，驗證公差分配的結(jié)果是否滿足設(shè)計要求。

4 小結(jié)

車身質(zhì)量的控制是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到?jīng)_壓工藝、模具結(jié)構(gòu)、沖壓件檢具、焊接工藝、夾具定位、單件公差的正確選取與合理分配等，模具、夾具調(diào)試等工作。因為尺寸工程是一個比較復(fù)雜繁瑣的系統(tǒng)工程，這也是所有整車廠都要面對和研究的問題，也都投入大量的人力，財力，去研究和調(diào)整。本文也只能簡單的闡述一些簡單的思路，提高精度，沒有捷徑，需要大家一起共同努力，去研究。