汽车白车身钣金零件定位公差研究
汽车整车的质量决定汽车整体感官质量以及各个方面的质感。整车质量保证的基础又是白车身质量,白车身的制造偏差,质量缺陷会带来一系列的问题,如功能件发动机底盘部分装配不良、内外饰件表面质量下降、外覆盖件操作性能恶化及整车密封性舒适性降低等等。建立良好的白车身零部件定位策略,制定更合理的公差设计对提升整车质量尤为显著,一定程度上大大提升汽车整车密封、内外观、舒适性及整体品质等性能。
定位策略也称基准系统,目的是保证零件在所有工艺过程中延续尺寸的稳定性,为了避免基准多次变换。产品设计阶段提出定位策略,是规定从设计到制造、检测直至批量造车各环节所有涉及到的人员共同遵循的统一通用的规则,并带有公差要求的基准系统。
定位策略优势:
(1)避免由于基准点的变换造成零件尺寸公差加大,事先规定好在制造和测量过程中的基准点,消除相关部门凭经验随意确定基准点,造成产品尺寸公差的失控。
(2)保证零部件尺寸稳定性及产品质量。只有当零件的模具、检具、夹具与零件设计的定位基准相一致,才能统一由不同供应商开发的模具、检具、夹具的定位基准,最大限度地降低因彼此基准不同导致的零件偏差。
(3)便于在出现质量问题时迅速准确地查原因所在。
(4)减少后期模具和夹具的更改,降低成本,提高生产效率。
为保证定位策略设计的可行性,在产品工程数据阶段,规划部、质量部、制造部等部门需介入产品设计,对影响零部件定位策略设计的产品结构进行尺寸分析,以确保后期零部件定位策略设计的合理性。
定位孔要求:
1)一般采用的定位孔直径为Φ8mm、Φ10mm、Φ12mm、Φ15mm、Φ18mm、Φ20mm、Φ25mm、
Φ30mm,扶手支架、大灯支架等小件可采用Φ6mm,尽量减少孔径种类且同一零件两个定位孔尺寸尽量保持一致。
2)定位孔所在平面尽量与车身坐标平行,且同一组定位孔轴线应互相平行;
3)定位孔避免设定在钣金件翻边等易回弹部位,定位孔边缘距离钣金件边界应大于5mm;
4)定位孔应选择在钣金件强度较高部位,否则需加凸台进行加强,如侧围外板、前后地板面
板等大而薄的钣金件。
5)主副定位孔距离[a]/钣金件长度[L] ≥0.6。
6)一组定位孔优先选择圆孔和长圆孔作为主副定位孔,且保证圆孔中心在长圆孔轴线上,否
则选择一组圆孔作为主副定位孔。
定位孔与定位过孔配合要求:L=0时,d2= d1+2 mm(三层板时,d2= d1+2mm ,d3= d2+1 mm);
7) 0<L <30 mm, d2= d1+3 mm(三层板时,d2= d1+3mm ,d3= d2+1 mm);
8) L ≥30 mm ,d2= d1+5 mm 。
9) 定位孔与钣金件间隙要求,见图5。
优先选取:a ≥4+1/2×d ×tan(60°);
特殊为:  a ≥4+1/2×d ×tan(45°)。
10) 定位孔形式: 定位孔形式尽量采用凸台形式,在孔的周围由于刚性好,而不易变形;可有
效防止漏水。注:对于逆向的数模没有必要提出此要求。
定位面要求 :
1) 定位面位置
① 定位面间距尽可能远(定位面间距[x,y]/总长度[X,Y]≥0.6)。
② 定位面尺寸≥□20(凸台高度=2mm )。
③ 尽可能用成型平行面。
④ 考虑板件的重量中心。
⑤ 定位基准面尽量选在与车身坐标线平行的位置 。
⑥ 定位基准面要尽可能选在断面形状一致的位置 。
⑦ 定位基准孔要尽可能与定位基准面不重合。
⑧ 对于相同零件的定位,其定位基准位置尽量要统一 。
⑨ 定位基准尽量选在容易上件取料的位置。
⑩ 定位基准尽量选在被焊零件有贴合要求或功能要求的位置 。
2) 定位基准面要在充分考虑零件的形状特征后确定,即考虑零件的成形性、零件贴合面的长
度、零件的上料顺序及方便性,确定夹具的主定位基准面;考虑组合件的特征,确定焊接辅助用的副定位基准面。
Y  X  y
图7
3)零件在成型过程中因为刚性差难以满足设计图纸形状尺寸的要求,必须通过夹具主定位
基准面的约束,使零件保持设计要求的形状。主定位基准面一般选在相对零件的贴合折边或贴合面上。
4)副定位基准面设置在零件成型过程中由于回弹、扭曲等原因造成焊装时定位困难,需要增
加其形状约束的位置,由于成型面深可能发生偏差的位置,以及与主定位基准面约束方向一致,但是
相对于主定位基准面其重要性较低的位置上。
5)定位面尽量不设置在零件形状发生变化的位置上,夹紧点一般设计在强度好,不易回弹的
部位、比较空旷的部位,注意让开焊钳通道。
一个位于任意空间的自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度,即沿坐标轴x、y、z 的移动和绕这三个轴的转动。要使零件在夹具中具有确定的位置,则必须固定这六个自由度,每固定一个自由度,零件就需与夹具上的一个定位点相接触,这种以六点固定零件六个自由度的方法称为“六点定位原理”。定位就是固定自由度。
1)“3-2-1”定位规则:要保持零件在夹具中的平衡和准确定位,必须固定六个自由度,即:a)A基准(或称主基准):有三个定位点,固定零件的三个自由度,通常选择零件上面积最大的面或反映重要装配关系的面作为主基准。
b)B基准:有二个定位点,固定零件的二个自由度,通常选择零件上最长的表面作为B基准。
对于有孔的零件,因一个圆孔可以固定两个自由度,因此通常将圆孔作为B基准。
c)C基准:有一个定位点,固定零件最后一个自由度,通常选择零件上最短、最窄的表面作为C基准。
因一个槽孔可以固定一个自由度,因此通常将槽孔作为C基准。即通过“3-2-1”完全固定刚性零件的六个自由度。
2)对于有些较大的刚性不足的柔性车身零件,在保障3-2-1规则的前提下,采用N-2-1定
位规则来保证零件的平衡状态。
3)采用过定位方法定位较大的刚性不足的车身零件。对于D、E等基准,通常作为辅助A、
B、C基准的定位或支撑。
4)坐标平行规则:为避免因基准设置不当而引起加工和测量的不确定和不正确,零件的放置
必须保证能够获得精确的结果。即定位基准应平行于零部件坐标系,并要求基准尽量布置在平面上。
5)基准一致性规则:基准点系统的主旨是通过避免基准变换来保证制造工艺过程和检测过
程的可靠性和可重复性。基准一致性规则要求产品的定位基准从开发阶段直到批量生产贯彻始终,即基准从零件-〉分总成-〉总成-〉白车身具有延续性。基准点系统应该在零
件的制造、检测和装配过程中共用且一致。即零件的冲压过程中的基准、零件检具基准、工装基准和
子系统检具的基准必须一致。
定位策略影响因素:
1)从定位基准的功能性角度考虑,为保证零件配合精度:
a)被选做定位的基准应尽可能布置在零件的重要匹配面上。按照一般原则,定位基准应
该布置在较大而且较平的面上,但是考虑到车身实际匹配关系,这个面不与其他面配合,其尺寸要求较低,而相匹配的面是另一个曲面时,为了保证装配质量,建议将定位基准布置在相互配合的曲面上。
b)被选做定位的基准应最小化装配偏差。
c)被选做定位的基准应能够代表实际零件的某些特征关系。
d)定位基准选择应尽可能使基准作用区域最大。
2)从定位基准的重复性角度考虑,为保证零件重复精度:
a)定位基准应布置在零件的稳定区域内,即自身在加工制造过程中保持尺寸稳定,不会
变形。
b)定位基准必须具有可重复性,不因装配等而变化。
c)定位基准应考虑对各种偏差不敏感。
d)避免以零件冲压拉伸面定位,拉伸面定位将使零件在配合过程中产生应力,导致零件
汽车质量装配反弹。同理,定位基准避免以边定位。
e)定位基准布置应优先选择孔,其次是面,最后是棱边。采用主辅定位孔定位时,以孔
为第一基准,槽孔为第二基准(避免孔-孔定位)。
3)保证定位基准孔在车身坐标中的位置准确,且垂直于孔所在的面上。辅定位孔(采用槽孔)
的定位作用随主定位孔的位置和坐标的变化而变化。
4)定位选择应考虑可以测量零件回弹。
5)定位基准应选取在不会因夹具作用而变形的面上(通常定位支撑比夹头尺寸宽)。
6)最终被选做定位的基准是综合考虑以上因素的结果,一个零件可能有多种定位方式。
7)对于零件冲压工艺工法排布,当采用产品定义的主辅定位孔定位时,定位孔在同一工序中
完成,并在下级模具中延续使用。当采用型面定位冲压时,定位孔在整形完成后再冲孔。
公差设计主要采用公差管理软件,对整个公差链通过仿真的方式贯穿整个同步工程的服务过程,从而完美的保证整车质量的实现。在定位策略和公差确定后,模具供应商根据GD&T 图纸进行模具、检具设计;夹具供应商做仕样书,并根据仕样书做焊接工装、检具设计,只有这样才能保证车身的设计、制造基准一致,公差分配合理,最终得到可控的、满足设计要求的车身。
公差分配的作用:单个零部件在制造时存在误差,而单个零组件在进入下道工序组焊成组件或总成,进而装焊成白车身,如果不对单个零组件进行公差控制和分配,必然在后续装配过程中存在误差积累,若偏差同一方向无法抵消,则组装后的误差必然会超出允许公差从而导致车身超差。综上所述容差分配的作用:
①控制单个零组件制造误差。
②消除装配时的误差积累。
③提高车身装配互换性及准确度。
公差分配适用范围:适用于焊接,装配之前的所有零件。
公差分配部位:包括点焊表面、CO2熔焊表面、螺柱焊、涂胶表面、车身内外表面对接或搭接表面、孔位、孔径、梁配合、保险杠装配、风挡装配等等。
公差分配条件:必须明确外观公差(DTS)、事先进行QFD质量功能展开,分析质量和公差之间有何关系(公差关系),将其结果作为指定加工公差的基础。
公差关系确定:确定公差关系是个复杂的过程,它需要一定的理论基础和丰富的实践经验, 公差关系的确定是公差分配设计的重要环节,一般有三种方法:
1.计算机仿真模拟,将装配或运动部件在计算机中进行装配模拟或运动模拟,确定主因素、
优水平。
2.零部件真实装配,利用实验优化技术进行正交或回归实验,确定公差关系。
3.经验的应用,汽车产品结构有许多相似之处,使得某些典型结构形成数据库,可反复、灵
活的应用。
公差分配方法:
1)分算法:将公差适用于单件或总成的基准为分算法,用来可能在制造检具及测定零件时出
现误差的部分。
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公差 =    (A.part) +(B.part) +(C.part)
2)最恶法:适用于以分算法难以满足公差范围的部分,用来无法适用累计公差或要求较为重
要的公差范围。
公差 =(A.part) +(B.part) +(C.part)
应用于单个零件或分总成的分配原则:
通用公差:
目前我们的GD&T图纸设计主要以钣金件为主,公差设计主要采用通用公差进行。
主副定位孔