基于尺寸工程的某車(chē)型掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠段差不良問(wèn)題分析與解決

熊盛勇，周俊，黃宇靖

(廣州汽車(chē)集團(tuán)乘用車(chē)有限公司，廣東廣州 511434)

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)市場(chǎng)的火爆，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)的要求也越來(lái)越高，不但需要良好的使用性能，而且要具有精美的外觀。汽車(chē)各部件間的間隙及段差是影響整車(chē)外觀美學(xué)的重要組成部分[1]。掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠段差不良不但影響商品的美觀性，而且對(duì)汽車(chē)NVH(Noise Vibration Harshness)、汽車(chē)漏水有重要影響。因此，消除掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠段差不良具有重要意義。

針對(duì)汽車(chē)各部件的間隙和段差，國(guó)內(nèi)許多專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行了研究。王建等人[2]采用蒙特卡洛公差分析方法，優(yōu)化了側(cè)圍與后風(fēng)擋玻璃間隙。陳正等人[3]采用1-DCS尺寸分析軟件對(duì)轎車(chē)前門(mén)與后門(mén)裝配偏差進(jìn)行了分析，通過(guò)優(yōu)化公差分配，使裝配滿(mǎn)足實(shí)際要求。孫志亮[4]提出了一種新型工裝定位方案，解決了尾門(mén)與后保險(xiǎn)杠間隙不良問(wèn)題?，F(xiàn)有的大多數(shù)研究都是針對(duì)公差設(shè)計(jì)、定位設(shè)計(jì)進(jìn)行的，而針對(duì)后期制造過(guò)程中的間隙、段差則較少。

文中通過(guò)實(shí)例，闡述了尺寸工程解決實(shí)際裝配問(wèn)題的方法。通過(guò)3DCS分析，檢查了公差設(shè)計(jì)的合理性；運(yùn)用尺寸鏈分析，得到了掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠段差不良的偏差來(lái)源，并通過(guò)改善零件精度、增加工裝，最終解決了該不良問(wèn)題。

1 問(wèn)題描述

某SUV車(chē)型在試制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠段差不良?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果顯示掀背門(mén)高于后保險(xiǎn)杠，其段差為1.0～1.5 mm，如圖1所示。而DTS(Dimensional Technical Specification)要求掀背門(mén)低于后保險(xiǎn)杠，其段差要求為(-2.0±1.5)mm。實(shí)車(chē)測(cè)量結(jié)果偏離標(biāo)準(zhǔn)中值3.0～3.5 mm，嚴(yán)重影響視覺(jué)效果。

圖1 不良現(xiàn)象

2 相關(guān)數(shù)據(jù)輸入

2.1 DTS要求

DTS文件中掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠的段差要求如表1所示。

表1 DTS要求

2.2 掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠的裝配流程

掀背門(mén)分總成在焊裝裝配，通過(guò)鉸鏈安裝在白車(chē)身上。經(jīng)過(guò)涂裝后，在總裝車(chē)間安裝后保險(xiǎn)杠總成。其工藝流程如圖2所示，具體過(guò)程如下：(1)將掀背門(mén)內(nèi)板與外板通過(guò)焊接、滾邊形成掀背門(mén)分總成；(2)在鉸鏈安裝夾具上，將鉸鏈通過(guò)螺栓固定在掀背門(mén)分總成上形成掀背門(mén)總成；(3)采用掀背門(mén)工裝，將掀背門(mén)安裝在車(chē)身總成上形成白車(chē)身；(4)白車(chē)身經(jīng)過(guò)涂裝電泳、噴漆、烘烤后，在總裝裝上后保險(xiǎn)杠總成，最終形成整車(chē)。

圖2 工藝流程

2.3 零件定位及公差分配

掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠都是裝在車(chē)身總成上，最后形成配合。掀背門(mén)通過(guò)工裝安裝在車(chē)身總成上，掀背門(mén)的定位信息如圖3所示。其中，A1～A5為第一基準(zhǔn)，控制X向移動(dòng)、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)；B為第二基準(zhǔn)，控制Y、Z向的移動(dòng)；C為第三基準(zhǔn)，控制X軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

后保險(xiǎn)杠的定位及公差信息如圖4所示。其中，A1～A12為第一基準(zhǔn)，控制Z向移動(dòng)、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其面輪廓度公差為±0.3 mm；B1～B10為第二基準(zhǔn)，控制X向移動(dòng)、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，B1～B8的面輪廓度公差為±0.3 mm；C為第三基準(zhǔn)，控制Y向移動(dòng)，其面輪廓度公差為±0.3 mm。

圖3 掀背門(mén)的定位信息

圖4 后保險(xiǎn)杠定位及公差信息

3 問(wèn)題調(diào)查

3.1 裝配偏差分析

為了檢查公差設(shè)計(jì)的合理性，采用3DCS虛擬裝配技術(shù)進(jìn)行理論裝配。該分析的兩個(gè)前提條件是：(1)所有的零部件都是剛體，不存在自身變形；(2)除非特別給定，所有的特征點(diǎn)公差服從正態(tài)分布[3]。根據(jù)上文的零件定位及公差分配進(jìn)行虛擬裝配。通過(guò)2 000次虛擬裝配，該段差偏差符合正態(tài)分布，其段差分布如圖5所示。超差率小于3%表明公差設(shè)計(jì)合理[5]。文中的掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠的段差超差率為1.7%，說(shuō)明滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

圖5 段差分布圖

3.2 尺寸鏈分析

尺寸鏈分析技術(shù)是尺寸工程解決問(wèn)題的基本工具，它不但可以用于檢查公差分配的合理性，而且可以用于全面分析尺寸偏差來(lái)源。掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠的裝配要經(jīng)過(guò)焊裝、涂裝、總裝車(chē)間，該配合的尺寸鏈較長(zhǎng)，影響因素較多。為了能全面分析偏差來(lái)源，對(duì)該配合進(jìn)行尺寸鏈分析。

根據(jù)上文掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠的裝配流程，繪制了尺寸鏈，如圖6所示。其中：A0是封閉環(huán)，表示掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠段差偏差；A1表示后保險(xiǎn)杠單品精度偏差，為增環(huán)；A2表示后保險(xiǎn)杠安裝孔精度偏差，為增環(huán)；A3表示掀背門(mén)安裝孔精度偏差，為減環(huán)；A4表示掀背門(mén)總成精度偏差，為減環(huán)；A5表示涂裝烘烤變量，為減環(huán)。

圖6 尺寸鏈

通過(guò)公式(1)，計(jì)算開(kāi)環(huán)對(duì)掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠段差的影響，如果該計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相同，則說(shuō)明偏差來(lái)源于開(kāi)環(huán)；如果計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果不同，則說(shuō)明還有未考慮到的影響因素。

A0=A1+A2-A3-A4-A5

(1)

3.3 精度調(diào)查

為了明確影響掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠的主要因素，對(duì)尺寸鏈的各個(gè)開(kāi)環(huán)進(jìn)行了調(diào)查。

(1)后保險(xiǎn)杠和掀背門(mén)總成精度

分別將后保險(xiǎn)杠、掀背門(mén)總成安裝在綜合檢具、掀背門(mén)檢具上，測(cè)量后保險(xiǎn)杠與掀背門(mén)配合處的面差。測(cè)量結(jié)果表明：后保險(xiǎn)杠零件精度偏差為-0.1 mm，即A1為-0.1 mm；掀背門(mén)總成精度偏離中值1.2 mm，即A2為-1.2 mm。

(2)后保險(xiǎn)杠安裝面和掀背門(mén)安裝孔精度

采用雙懸臂先后測(cè)量白車(chē)身的后保險(xiǎn)杠安裝孔精度和掀背門(mén)安裝面精度，測(cè)量結(jié)果表明：后保險(xiǎn)杠安裝面往前偏了1.2 mm，即A4為1.2 mm。

(3)涂裝烘烤變量

白車(chē)身要經(jīng)過(guò)涂裝電泳、烘烤、噴漆，為了調(diào)查涂裝的烘烤變化量，對(duì)比了涂裝前后掀背門(mén)的測(cè)量結(jié)果。結(jié)果表明：掀背門(mén)在經(jīng)過(guò)涂裝后段差發(fā)生了變化，最大變化量為1.2 mm，即A5為1.2 mm。

3.4 尺寸鏈核算

由于掀背門(mén)安裝孔是過(guò)孔，有0.5 mm的調(diào)整余量，所以A3為0。將尺寸鏈各環(huán)的調(diào)查結(jié)果代入公式(1)進(jìn)行核算，得到A0為3.7 mm，即掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠的段差偏離中值3.7 mm。掀背門(mén)凸出后保險(xiǎn)杠1.7 mm，與實(shí)測(cè)結(jié)果(1.5 mm)相符。這表明導(dǎo)致掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠段差不良的主要因素為后保險(xiǎn)杠安裝面精度不良、掀背門(mén)總成精度不良、涂裝烘烤變化。

4 方案對(duì)策

為了解決掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠段差不良，分別對(duì)上述3個(gè)主要影響因素進(jìn)行原因分析并制定了相應(yīng)的對(duì)策。

4.1 解決后保險(xiǎn)杠安裝面精度不良

(1)原因分析

后保險(xiǎn)杠安裝面位于流水槽上，流水槽由單品到總成的焊接工序如下：①將流水槽與側(cè)圍外板焊接成側(cè)圍分總成一；②將側(cè)圍分總成一與加強(qiáng)件焊接成側(cè)圍分總二；③將側(cè)圍分總成二與輪罩分總成焊接成側(cè)圍總成；④將側(cè)圍總成與地板總成焊接成車(chē)身總成。

為了調(diào)查后保險(xiǎn)杠安裝面精度偏差的原因，采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量了流水槽、側(cè)圍外板的零件精度以及總拼夾具定位銷(xiāo)的精度。結(jié)果表明：零件單品精度和夾具定位精度合格。進(jìn)一步測(cè)量側(cè)圍總成、側(cè)圍分總成精度，并對(duì)比各工序的變化量，發(fā)現(xiàn)后保險(xiǎn)杠安裝面在工序①開(kāi)始出現(xiàn)偏差。主要原因是流水槽造型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接后容易回彈；另外，流水槽與側(cè)圍外板匹配關(guān)系復(fù)雜，X、Y、Z3個(gè)方向均存在搭界(如圖7所示)，夾具調(diào)整困難。

圖7 流水槽與側(cè)圍外板匹配圖

(2)解決對(duì)策

為了解決流水槽回彈嚴(yán)重問(wèn)題，在工序③工位的夾具上增加壓頭[如圖8(b)所示]，確保流水槽與輪罩焊接后，后保險(xiǎn)杠安裝面的精度合格。夾具變更對(duì)比如圖8所示。

圖8 夾具變更對(duì)比

4.2 解決掀背門(mén)總成精度不良

掀背門(mén)總成由掀背門(mén)內(nèi)板和外板焊接而成。通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)掀背門(mén)內(nèi)板精度超差1.5 mm。通過(guò)修改沖壓模具解決了掀背門(mén)總成精度不良的問(wèn)題。

4.3 消除涂裝烘烤變化量

掀背門(mén)進(jìn)入涂裝時(shí)，由一個(gè)工裝將掀背門(mén)頂起，工裝的一端支撐后圍板，另一端支撐掀背門(mén)下部位置，示意圖如圖9(a)所示。

圖9 掀背門(mén)工裝示意圖

由于掀背門(mén)工裝支撐不足，導(dǎo)致涂裝烘烤變形。為了解決烘烤變形，對(duì)支撐位置進(jìn)行了變更，將中間支撐[如圖9(b)所示]改為左右下角位兩邊支撐，如圖9(c)所示。圖10所示為不同支撐方案的涂裝烘烤變化對(duì)比情況。其中:中間支撐的烘烤變化量為1.2 mm，左右下角位支撐烘烤變化量為0.2 mm。實(shí)施對(duì)策后，減少了1.0 mm的涂裝烘烤變化量，消除了涂裝烘烤變化對(duì)段差的影響。

圖10 改善前后掀背門(mén)段差偏差對(duì)比情況

5 總結(jié)

基于尺寸工程的基本方法，分析了公差設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工裝夾具的合理性；調(diào)查了零件精度和夾具精度；通過(guò)改善零件精度、增加工裝夾具，最終消除了掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠段差不良。通過(guò)此次研究得到以下結(jié)論：

(1)影響掀背門(mén)與后保險(xiǎn)杠段差的主要因素為后保險(xiǎn)杠安裝面精度、掀背門(mén)總成精度、涂裝烘烤變化量。

(2)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和復(fù)雜的匹配關(guān)系，導(dǎo)致流水槽與側(cè)圍外板焊接后回彈嚴(yán)重。通過(guò)夾具過(guò)定位、增加壓頭可以消除焊接回彈。

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