熊潔 汪海平 黃列群

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

【摘 要】文章以上汽通用五菱汽車股份有限公司（SGMW）現(xiàn)有量產(chǎn)車型及市場上已經(jīng)上市的其他公司的車型為研究載體，通過對各種車型的外觀造型、零件尺寸、零件定位方案的對比分析，并結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目造車過程中存在的問題數(shù)量、問題類型的對比，總結(jié)出能夠?qū)崿F(xiàn)從設(shè)計(jì)上容納各類制造導(dǎo)致的誤差的有效設(shè)計(jì)方案，并將這些設(shè)計(jì)方案做了簡單的歸納匯總，按產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不同階段將容差設(shè)計(jì)分為3種類型。文章將對這3種類型的容差設(shè)計(jì)通過舉例的方式做一個簡單介紹。

【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì)；造型；尺寸；基準(zhǔn)；容差

【中圖分類號】U463.82 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）06-0111-03

0 引言

汽車車身是由薄板沖壓件焊接而成的空間殼體，為了造型美觀，并使殼體具有一定的剛性，組成車身的零件通常是經(jīng)過拉延成型的空間曲面體，結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜。隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展和消費(fèi)者對汽車品質(zhì)和外觀的要求越來越高，車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來越復(fù)雜。經(jīng)過成型的薄板沖壓件有一定的剛性，但與機(jī)械加工件相比，剛性要差得多，而且單個大型沖壓件容易變形，如側(cè)圍外板、五門一蓋的外板等，都是容易變形的零件，因此完成汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)并不意味著一款車型的成功，必須能夠?qū)a(chǎn)品制造出來且達(dá)到設(shè)計(jì)的狀態(tài)，這才意味著一款車型的成功。這就要求汽車設(shè)計(jì)不管是從造型、結(jié)構(gòu)，還是定位等各方面都應(yīng)使汽車車身具有良好的制造工藝性。本文從以下幾個方面來研究設(shè)計(jì)容差的應(yīng)用。

1 造型容差

對一般車型而言，整車外飾、門蓋的匹配都分為2個部分，前臉和翼子板、前門、后側(cè)門是一個部分，尾門和尾燈、后保險杠是另外一個部分。由于后側(cè)門與側(cè)圍后部配合區(qū)域是一個封閉的尺寸，無偏差釋放點(diǎn)，所以一般整車廠家對前臉及前、后側(cè)門區(qū)域的安裝都會以后側(cè)門為起點(diǎn)，而把誤差都累積到前臉區(qū)域，即發(fā)動機(jī)罩與前燈、前格柵區(qū)域，因此前臉區(qū)域的匹配是每款車匹配工序的難點(diǎn)。而一款車是否好看，前臉起很重要的作用，這個區(qū)域是一個重點(diǎn)匹配區(qū)。如何處理好重點(diǎn)匹配區(qū)，我們可以要求造型把發(fā)動機(jī)罩與前燈、前格柵匹配區(qū)域設(shè)計(jì)為帽檐式風(fēng)格，即發(fā)動機(jī)罩直接往前延伸蓋住前格柵及前大燈的頂部，形成U/D方向的間隙，同時避免了對段差的控制要求。發(fā)動機(jī)罩的U/D方向是可以通過緩沖膠塞實(shí)現(xiàn)調(diào)整，而前后方向則由于受到后側(cè)門、前門、翼子板的限制，無法隨意調(diào)整，通過這樣的帽檐式設(shè)計(jì)，解決了發(fā)動機(jī)罩與前大燈、前格柵這個區(qū)域的疑難匹配問題?？扇菁{累積誤差的造型截面示例如圖1所示。

通過造型對前臉匹配問題的改善，在整車其他區(qū)域的造型設(shè)計(jì)上也可以應(yīng)用，如在造型設(shè)計(jì)中盡量減少需要對齊的特征數(shù)量，盡可能地減少需要匹配的尺寸要素，給安裝、調(diào)整留有相對大的調(diào)整空間的方向，減少零部件周邊有段差、間隙要求的配合設(shè)計(jì)等。例如，尾燈的位置整體保留在分縫線的一側(cè)，這樣就可以減少2個燈之間的匹配特征及另外一個燈與鈑金的匹配問題；同樣，在發(fā)蓋與翼子板的配合上，發(fā)蓋與翼子板的分型線設(shè)計(jì)得盡量簡單，與X方向基本一致，在尺寸匹配做X方向調(diào)整時比較容易進(jìn)行，也大大簡化了翼子板的制造難度和調(diào)整難度；翼子板與A柱的分型線，造型設(shè)計(jì)上使側(cè)圍A柱與翼子板的分型線避免分得過高，這樣分型線距離翼子板的安裝點(diǎn)會比較近，對尺寸的控制比較有利；而對于前門及后側(cè)門，由于安裝工具的定位面通常會設(shè)計(jì)在底面和兩側(cè)，在門總成裝配時側(cè)圍、門總成及安裝工具的公差就會累積到上端，容易造成前后門上端與側(cè)圍的間隙問題，而造型在前后門上端與側(cè)圍區(qū)域增加門密封膠條翻邊的長度，將膠條外露出來，即可以從視覺上弱化對間隙的匹配要求。同時，前門與翼子板、前門與后側(cè)門、后側(cè)門與側(cè)圍分縫線在XC-ZC面的投影應(yīng)盡量簡單，直線豎直，最有利于尺寸匹配，方便后期的制造調(diào)整。此外，由于門鉸鏈的影響，前門及后側(cè)門在車身Y方向上的尺寸非常敏感，即鉸鏈面的一點(diǎn)點(diǎn)偏差，就會體現(xiàn)到整個門的Y向型面上，甚至被數(shù)倍放大，因此在前后側(cè)門的設(shè)計(jì)上都會要求門的型面低于側(cè)圍及門檻的型面，這樣就弱化了對前后門與側(cè)圍型面的段差要求，相當(dāng)于給了門和門鉸鏈一個累積誤差的釋放口，降低了門的調(diào)整難度。在內(nèi)飾造型的設(shè)計(jì)上同樣有類似的尺寸MR輸入，如IP和前門內(nèi)飾板之間不設(shè)計(jì)需要匹配在一起的特征線，在型面的圓弧過渡區(qū)域，分縫線盡量與XC-ZC面平行等，以降低整車內(nèi)外飾匹配的難度。這些都是從造型上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)容差的一些表現(xiàn)。

2 尺寸容差

容差分配，根據(jù)車身裝配的特點(diǎn)，期望滿足完全互換的要求，綜合考慮制造工藝性，即組成部件的零件結(jié)構(gòu)及成型或焊裝的復(fù)雜程度，從而確認(rèn)每個零部件制造時允許偏差的過程。

產(chǎn)品工程師完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)裝配工藝方案，尺寸工程將在此基礎(chǔ)上建立尺寸鏈，并進(jìn)行尺寸鏈計(jì)算。對計(jì)算出的零部件容差值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)當(dāng)前的制造技術(shù)水平（如模具、夾具等）進(jìn)行可行性分析，討論后確認(rèn)，在實(shí)踐中遵循最小實(shí)體的原則，最后形成容差分配，并將此結(jié)果通過技術(shù)文件傳遞到制造、質(zhì)量等區(qū)域，作為工裝制造的依據(jù)，同時也作為零部件檢驗(yàn)的依據(jù)。在容差計(jì)算過程中，根據(jù)結(jié)果的變化來分析優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝方案。

但當(dāng)容差分配通過計(jì)算及工藝優(yōu)化后也無法完成合理分配時，則考慮通過更改產(chǎn)品尺寸、零件搭接匹配面方向、零件焊接方向及減少搭接型面等方法來滿足匹配要求。

舉例如下：某車型前軸焊合件通過孔A1、A2、A3、A4裝配到白車身，前軸焊合件主定位孔A2孔徑為12.5 mm，次定位孔A3孔徑為14 mm，A1、A4孔均為13 mmx15 mm的Y向長圓孔，裝配順序?yàn)锳2—A3—A1—A4，安裝螺栓均為M12。在對4個安裝孔進(jìn)行尺寸容差計(jì)算分析時發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有制造技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，容差無法完成分配，零件無法實(shí)現(xiàn)安裝（如圖2所示）。

仿真模擬裝配分析結(jié)果如圖3所示。

計(jì)算結(jié)果顯示，零件安裝不合格率高達(dá)51.8%，最大干涉量為2.010 8 mm。要想在保證零件功能孔位置精度的要求下實(shí)現(xiàn)安裝，需要將A2、A4孔尺寸調(diào)整為孔徑為15 mm的圓孔。調(diào)整后，再進(jìn)行仿真模擬分析計(jì)算，結(jié)果如圖4所示。

如圖4所示，前軸安裝不合格率降低至0.4%，滿足項(xiàng)目尺寸匹配目標(biāo)。

通過在新項(xiàng)目中創(chuàng)新性地使用尺寸容差設(shè)計(jì)分析方法，在工裝未開始設(shè)計(jì)制造前，對影響整車裝配質(zhì)量和影響DTS的關(guān)鍵零件進(jìn)行容差的分析，能及時檢驗(yàn)產(chǎn)品機(jī)構(gòu)和工藝方案是否能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目尺寸目標(biāo)，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期及時做出調(diào)整，能有效避免很多尺寸匹配問題的發(fā)生，大大縮減后期整改成本和時間。

3 定位容差

眾所周知，沖壓薄板件由于薄板的回彈和沖壓工藝的限制，零件的型面和孔位都很難達(dá)到一個較高的精度水平。但工裝夾具不同，其剛性強(qiáng)且有機(jī)加工的精度保證，一般夾具都可以做到0.1 mm精度以內(nèi)。因此，為了使低精度的沖壓薄板件能焊接成達(dá)到精度要求的白車身，可以通過合理選擇薄板零件的定位孔、定位面，以及提高工裝夾具的精度來保證這些定位孔、定位面在整車上的絕對精度，從而焊接成能滿足裝配精度要求的白車身。

例如，拉伸的梁類零件，一般梁的底面是大平面，且成型穩(wěn)定，是基準(zhǔn)選取的首選。零件成型不穩(wěn)定的是拉伸深度，即如圖5所示的截面；此外，大梁的翻邊面有回彈。梁類零件的焊接匹配面都在大梁翻邊上，在無法完全消除大梁翻邊回彈的情況下，以大梁底面做基準(zhǔn)定位時，零件的制造誤差會累計(jì)上回彈量，造成后續(xù)總成零件的偏差。

在SGMW某量產(chǎn)車型中，普遍采取了如圖6所示的新的定位方案，即以大梁的翻邊作為零件的定位基準(zhǔn)，這樣零件在焊接匹配中，有夾具基準(zhǔn)的高精度保證，可以保證翻邊面的絕對位置。此時，大梁的拉伸制造誤差h就轉(zhuǎn)移到了大梁底面，而大梁底面是非匹配，其絕對位置度可以降低要求。

新定位方案，將零件自身的制造誤差仍保留在零件自身，并為繼續(xù)傳遞累積到下道工序的總成零件，從而提高了總成零件的制造精度。

通過定位面的選擇，消除薄板強(qiáng)度不足而引起的偏差。比如，地板類平板零件，其剛性很差，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上又無法做更多的改進(jìn)。這類零件軟，在運(yùn)輸轉(zhuǎn)移和裝配過程中都容易變形，為減少零件變形對后工序的影響，在基準(zhǔn)選擇上，SGMW某車型相比其他車型多增加了4個基準(zhǔn)。通過高精度的夾具定位面精度，將變形的零件適當(dāng)夾持回理論位置，最大限度地減少了零件自身偏差對白車身總成的影響。

應(yīng)選擇有裝配功能的定位孔，優(yōu)先保證這些孔的位置。將孔與零件型面之間的制造偏差轉(zhuǎn)移到零件的型面上，通過型面與其他零件配合時的微量離空或干涉，消除零件自身的制造誤差，避免誤差累積到白車身總成上。這些微量的離空或干涉不會影響焊接，焊接時零件之間的輕微變形即消除掉了這些離空或干涉。而定位孔由高精度的夾具定位銷所保證，確保了孔在白車身上的絕對位置，保證了車身的裝配功能和裝配效果。

通過合理地設(shè)計(jì)零件的定位孔和定位基準(zhǔn)，利用高精度的位銷和定位面的保證，可以在白車身的焊接匹配過程中，將單一零件的制造偏差消除或包容一部分，最大限度地避免誤差的累積，從而制造出比較高精度的白車身。

4 結(jié)語

綜上所述，合理的造型、尺寸、定位方案等的設(shè)計(jì)，能夠從設(shè)計(jì)上確保合格的整車被制造出來。完成汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)并不意味著成功，要能夠?qū)a(chǎn)品制造出來且達(dá)到設(shè)計(jì)的狀態(tài)，這樣才意味著一款車型的成功，這也就是所謂的設(shè)計(jì)面向制造。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]

【作者簡介】熊潔，女，廣西柳州人，本科，上汽通用五菱汽車股份有限公司工程師，從事整車尺寸前期設(shè)計(jì)及后期制造匹配工作。