基于尺寸工程的轿车行李箱盖总成与尾灯装配偏差分析

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2019/9/17来源:《城镇建设》2019年13期文/张陆光 张子阳
[导读]在复杂机械产品的整个生命周期中,公差的设计与控制是决定其最终质量的关键因素之一。

长城汽车股份有限公司,河北省汽车工程技术研究中心,河北保定 071000

        摘要:在复杂机械产品的整个生命周期中,公差的设计与控制是决定其最终质量的关键因素之一。在产品开发中应用尺寸工程,可在设计前期有效识别和管理制造偏差,减少设计变更,最大限度地消除装配的问题。轿车车身尾灯区与周边零件的配合间隙和高度差体现了整车的设计水平和制造装配水平。本文主要分析了行李箱盖板总成和尾灯之间的装配偏差、与白车身之间的装配流程及相关的定位基准建立。
关键词:尺寸工程;尾灯;行李箱盖;装配偏差
        产品零部件公差的合理性便成为其质量和成本控制的源头。目前,很多产品的技术要求是根据经验或者相似产品来制定,重视产品设计经验而忽视设计的合理性和工艺性的现象比较严重。汽车各个零部件设计制造过程中存在设计偏差、零部件制造偏差与装配过程偏差,这些偏差会直接影响车身的质量,进而影响整车的外观、性能,甚至可能引发安全问题。因此,提高车身制造精度已成为汽车
        企业亟待解决的重要任务之一。汽车领域的尺寸工程是一个包括产品外形设计、产品工装设计及零部件制造和装配全过程的系统概念。它可以解决很多实际问题,比如产品装配过程中经常遇到的装配干涉问题。尺寸工程在设计阶段就将制造误差考虑进去,可以避免装配问题的发生,并能提高生产制造阶段车身尺寸偏差监控效率和诊断能力。另外,利用尺寸工程对车身结构、工艺、制造和管理等各个步骤进行尺寸与公差系统优化,对缩短新产品开发周期、提高装配尺寸精度、降低开发成本、保证大批量制造质量的稳定和持续改进有很大的实际意义。
        1 尺寸工程简介
        车身尺寸工程是一个覆盖车身设计、零件制造和装配全过程的概念,包括概念设计阶段的配合间隙目标值的定义、零件设计阶段的零件定位方式和形位公差定义、制造装配阶段的装配偏差分析等。轿车尾灯区是体现轿车整体造型风格的重要组成部分,它与周边零件的配合间隙和高度差体现了整车的设计水平和制造装配水平。因此如何利用尺寸工程中有关装配偏差的理论,结合现实的生产条件在产品设计阶段定义合理的尺寸和公差分配,对于轿车尾灯装配偏差分析具有重要的现实意义。
        在设计过程中,尺寸工程充分考虑制造过程中的偏差,并对偏差进行有效的识别和管理。尺寸工程对产品设计和生产过程有如下益处:①及时发现在设计前期的不合理设计,减少因设计变更导致的成本增加。②减少因质量问题引起的返修,缩短生产工时。③有效控制产品的制造和装配过程,提高装配质量。④精简流程,提高生产效率。⑤促进生产过程中的一致性与可靠性。
        2 行李箱盖板总成和尾灯装配流程及定位基准确立
        轿车尾灯区装配偏差包括尾灯与行李箱盖总成、侧围总成、后保险杠总成之间的间隙和高度差,以尾灯与三箱轿车合页式铰链的后行李箱盖板总成之间的配合误差为例,说明它们的装配流程、基准建立,并在此基础上进行误差分析。
        2.1 车身行李箱盖板总成、尾灯装配过程
        首先在行李盖上找到三个方向的基准点,然后放入带铰链加强板的行李箱盖内板,周边涂胶,内外板边缘用机器压合;在此基础上安装铰链定位夹具,并将铰链固定在夹具中,将合页式铰链进行定位。白车身通过地板纵梁下表面及纵梁上定位孔固定在传送带上,通过传送带输送到指定工位。此定位基准在整个拼焊和装车过程中保持不变。把行李箱盖板总成定位工装安装在白车身上,然后将行李箱盖板总成安装到工装中,再通过铰链上的安装孔固定在白车身上。
        2.2 行李箱盖板总成及尾灯定位基准确定
        行李箱盖板总成绕铰链轴运动。为了避免干涉和保证间隙均匀,对铰链在行李箱盖板总成上的位置精度和行李箱盖板总成在白车身上的位置精度要求较高。刚体零件定位基准(Datum)体系满足“3-2-1”定位原则。基准体系是由基准面或基准孔构成,它的确定和零件的实际结构密切相关。   
        将零件模型均假设为刚体零件,坐标系为车身绝对坐标系。首先将合页式铰链行李箱盖板总成与白车身装配。由于行李箱盖板总成做上下翻转,且行李箱上盖板大而平,因此首先选行李箱上盖板做第一基准(如图1),控制沿Z方向的平移和绕X轴及绕垂直于XOZ平面轴的转动;行李箱下盖板为第二基准,控制沿X方向的平移和绕垂直于XOY平面轴的转动;侧部边缘为第三基准,控制沿Y方向的平移。
        由于铰链上平面与行李箱盖板分总成内表面配合,选配合面为第一基准,控制沿Z方向的平移和绕垂直于XOZ平面轴的转动;选合页式铰链下部侧面为第二基准,控制沿Y方向的平移和绕垂直于XOY平面轴的转动;合页式铰链下部安装孔为第三基准,控制沿X方向的平移和绕垂直于YOZ平面轴的转动。合页式铰链与行李箱盖板分总成形成行李箱盖板总成,其通过相应的定位夹具再与白车身定位和连接。夹具定位块下表面为第一基准,控制行李箱盖板总成与白车身高度方向上的高度差;控制行李箱盖总成与白车身X方向间隙的夹具定位块相应表面为第二基准;第三基准为Y方向,用于控制左右铰链对称情况及行李箱盖板总成在车身中位置。行李箱盖总成安装在定位夹具中,铰链通过螺钉固定于车身上。然后将尾灯与白车身进行装配(如图2),选择与白车身配合的灯体为主基准面,控制沿X方向的平移;与尾灯加强板上4方位孔和2方位孔对应的灯体上的螺柱选作第二基准,控制沿Y方向的平移和绕垂直于YOZ平面轴的转动;尾灯加强板上4方位孔对应的灯体上的螺柱作为第三基准,控制Z方向移动。


        3 行李箱盖板总成和尾灯装配偏差分析
        3.1 偏差计算数学模型
        在整车和零件设计初期,需要有一种方法能快速、简单且有效地计算总成的装配偏差,或由总成装配偏差推导出零件的公差带,以检验设计方案的可行性。考虑到在工程实际中零件制造装配偏差通常服从正态分布,零件制造偏差与总成偏差满足几何线性关系且零件偏差相互独立,所以常用均方根分析法分析装配偏差。该方法允许零件具有较大公差带,使零件的制造成本较低,并且快速而简单。
        3.2 行李箱盖板总成与尾灯之间的装配偏差
        已知零件的公差分布,根据零件尺寸公差、装配公差计算公式并应用最大实体原则可推算出行李箱盖板总成与尾灯零件的装配偏差,因焊接偏差、工装偏差属于均匀分布,所以直接加入偏差中计算。
        3.3 尾灯支架定位孔尺寸偏差分配
        尾灯通过尾灯支架安装孔固定在车身上,所以尾灯支架上4位安装孔和2方位安装孔的尺寸、位置公差是影响行李箱盖板总成与尾灯装配间隙的关键之一。采用均方根法分析尾灯支架安装孔公差带与装配间隙公差带的关系。  
        4 结语
        通过对尾灯和行李箱盖板总成的偏差分析,利用均方根法,既可根据总成偏差分配相关零件的公差,也可通过零件的公差检验总成偏差。尺寸工程是一个包含产品设计、零部件制造、装配、售后服务等产品全生命周期的系统概念,通过尺寸工作的介入来解决、规避或最大限度地减小产品功能、装配、外观等问题,可缩短产品开发周期、提高装配精度,对于降低开发成本、产品的持续改进有很大的实际意义。如果在产品研制过程中有意识地并行推行尺寸工程的理念,将尺寸工程融合在产品开发和制造流程中,则将进一步提高产品和企业的核心竞争力。
        参考文献:
[1]唐向东.浅谈尺寸工程在汽车开发中的应用[J].工程建设与设计,2018(10):153-154.
[2]王永,魏益冰,杨文德,陈泽炎.尺寸工程在车身正向开发中的应用[J].汽车实用技术,2018(01):126-128.