基于尺寸工程优化解决车门装配间隙不均与面差问题.pdf

282023(9-10)轻型汽车技术技术纵横基于尺寸工程优化解决车门装配间隙不均与面差问题袁铖杜生亚康毅戚海玲陈青松刘海波（南京依维柯汽车有限公司）摘要：通过运用尺寸工程中尺寸链分析、RPS有效建立等知识，并结合实际生产过程车门总成装配定位辅具、车门铰链装配夹具等的使用情况，对车门总成装配后存在的周边间隙不均、面差等问题原因进行了分析，提出了车门总成装配定位辅具结构优化、车门铰链RPS完善及铰链装配夹具结构优化等方案，并经过方案验证确认和实施等工作的开展，使得车门总成、车门铰链等装配的过程控制稳定，满足和实现产品质量目标。关键词：尺寸工程车门铰链装配间隙不均面差1前言近年来随着国内外众多汽车品牌追求给客户极致的视觉效果与享受，不断努力提高对于车身缝隙均匀、表面平行度的控制水平。在此过程中，逐步形成了车身外观缝隙、面差的概念，即尺寸技术规范 DTS(Dimensional Technical Specification),具体是对汽车设计过程中间隙、面差以及相关公差、规范的定义，是一个能够衡量汽车制造水平的重要指标，同时也是消费者对一个汽车品牌外观123451铰链2 车门总成3夹具定位销4 夹具限位块5 螺栓图1铰链与车门装配主观评价的重要因素之一。特别是客户使用较为频繁的车门区域，不但有开关门顺畅、轻便的功能要求，而且有缝隙均匀、面平齐等外观要求，这就需要对车门装配间隙均匀和型面吻合度即面差，进行有效、稳定的控制。2现状描述某轻型商用客车白车身车门总成装配的工艺过程，如图1所示，采用车门铰链装配夹具，先将铰链装配到车门上的，然后如图2 所示，将车门定2a）辅具装配到门框上b)车门装配1车门框2 车门装配辅具3车门总成图2车门与门框装配292023(9-10)技术纵横轻型汽车技术位辅具装配到门框上，再将带铰链的车门总成装配到辅具上，拧紧门框侧车门铰链螺栓，然后打开车门取出定位辅具，即完成一个生产过程。在生产过程中车门总成装配后，存在门周边轮廓与门框零件之间间隙不均匀、不符合6 1.0mm要求，以及车门前上部外张、前下部与翼子板干涉等型面不吻合即面差，不符合0 0.5 mm要求，需要进行手工校正处理，产品才能交付。部分产品控制不严时流人下道，会产生如图3所示的问题。）间隙不均（干涉）b）型面不吻合（面差）图3现状存在的问题3原因分析为彻底解决生产过程中的实际问题，保证产品满足和实现质量目标，且制造过程稳定可控，针对上述问题现象与描述，从以下两个方面进行了问题原因分析。3.1间隙不均匀生产现场使用的车门总成装配定位辅具与门框之间的定位结构，如图4所示，因原产品设计和工艺规划时没有考虑在门框内板上布置相应的定位孔，导致用于辅具定位到门框上的控制X、Z向的定位销布置到门框外侧面上，而辅具本体布置在门内侧,其上包含控制Y向的定位块,用于与门框密封条安装面定位夹紧，这样导致装配定位辅具中a部位结构,如图所示穿过门与门框之间狭小的空间，此部分结构刚度严重不足易变形，使得车门与辅具不能有效贴合，无法准确对门总成进行B6237A-AB-B1门框总成2 辅具门框后定位销3辅具本体4辅具门后定位销5 辅具门前定位销6 车门总成7辅具门框前定位销8 辅具Y向定位块图4车门总成装配与辅具有效定位，辅具不能满足生产使用要求。上述车门总成装配尺寸链组成情况，如图5所示，其中：A1为门框边缘轮廓与辅具门框前定位孔的距离；A2为辅具门框前定位孔与辅具门框前定位销的制造误差；A3为辅具门框前定位销与辅具车门前定位销的距离；A4为辅具车门前定位销与的车门的前定位孔的制造误差；A5为车门内板前定位孔与包边夹具车门内板定位销的制造误差；A6为包边夹具车门内板定位销与车门外板轮辅昇车门辅具门框定位销前定位销A3AOA11A2A4JA5A6A7车门内板车门内外板包车门内外板包车门外板门框边缘门框前韵定位孔边爽具定位销边夹具定位块边缘轮脚轮席定位孔组成环数据列摄（单位：mm）组成增环基本尺寸减环燃本尺寸组战环公差A1900.5A200.05A34520.05A400.05A500.05A63560.05A70.3AO61.05图5原生产尺寸链分析2023(9-10)30轻型汽车技术技术纵横廓定位挡块的距离；A7为车门外板轮廓与车门外板轮廓定位块的制造误差。基于上述装配定位辅具结构刚性不足、产品尺寸链较长，制造误差累积较多容易使误差超过定义范围等因素不合理，导致门与门框之间间隙得不到有效、稳定控制。3.2型面不吻合（即面差）原铰链RPS（R e f e r e n c e Po i n t Sy s t e m）定义如图6 a所示,A1,A2,A3为Y向基准面,B、C 为X、Z向控制定位销孔。铰链与车门的装配采用装配夹具进行装配，如图6 b所示。在实际生产过程中，装配夹具由于A1基准选择了铰链非加工面进行定位，无法满足精度要求，且Y方向无夹紧要求，螺栓拧紧时，铰链有转动趋势存在，导致铰链Y向尺寸不稳定，同时夹具结构设计上未留出铰链X向的移动量，导致螺栓无法与门拧紧等三个因素影响，使得铰链转轴也在YZ平面内存在旋转偏移。上下铰链分别采用相同方式进行装配，导致上下铰链转轴轴线不能满足同轴度1.0mm要求。32X回a铰链RPS定义b铰链定位结构1Y向定位块2 铰链3XZ向定位销图6铰链与门装配夹具结构基于上述产品功能特性和过程特性分析，铰链RPS定义不充分、不合理以及上下铰链装配后铰链转轴同轴度难以保证，是车门与门框型面不吻合的主要因素，特别是门在开关过程中，不能顺畅绕轴旋转运动，使得车门前部轮廓边缘不能按设计校核运动轨迹运动，当出现门边缘轮廓低于门框时，会出现门与翼子板干涉、车门铰链转动异响的问题。4技术方案4.1车门总成装配定位辅具方案结合生产实际装配过程和原产品设计零部件不做大范围变更的条件，重新调整定义了车门装配RPS，如图7 所示，门框上B、C 基准为门框上的侧围总成主定位孔及翼子板装配定位孔。车门总成的B、C 基准为车门外板上后视镜安装孔及车门边缘轮廓。11?13AAB?44OMIA中ACB图7车门装配RPS定义根据重新定义的装配RPS对车门装配定位辅具进行了改进设计，将车门总成装配定位辅具放到车门外侧，具体工艺过程，如图8 所示。将车门总成放置、预装配到白车身门框上，并将铰链门框侧6 个螺栓预拧紧，然后将定位辅具放置到门框上定位并固定好，再将插销插人门上A之2A-A1门侧定位销2门框副定位销3辅具本体4固定磁吸块5门框主定位销6门侧限位尼龙块图8改进后装配辅具结构312023(9-10)技术纵横轻型汽车技术定位孔中，同时将门边缘压紧到定位块上，对门进行精确定位，拧紧铰链门框侧6 个螺栓即完成装配工作。基于改进方案的尺寸链分析，如图9 所示，其中：A1为门框边缘轮廓到门框定位孔的距离；A2为门框定位孔到辅具门框定位销的制造误差；A3为辅具门框定位销与辅具门外板定位销之间的距离；A4为辅具门外板定位销至车门外板定位孔的制造误差；A5为车门外板定位孔到车门边缘轮廓的距离。辅具门外辅具门框板定位销定位销A3A4A5AOA1A车门外板车门外板门框边门框前定位丸边绿轮摩缘轮摩定位孔组成环数据列表（单位：mm）组成环增环基本尺寸减环基本尺寸组成环公差A1900.5A200.05A31540.05A40.05A5580.3AO60.95图9改进后尺寸链分析4.2门铰链装配夹具方案对铰链RPS定位体系进行了重新定义，如图10所示，A1、A 2、A 3、A 4为Y向基准，B1、B2 为X向基准、C1、C 2 为Z向基准。基于新的RPS定位体系，设计了铰链装配夹具，夹具由铰链转轴同轴定位机构、铰链旋转定位SSSSA1B1C144SSSSA2B2C2A3图10改进后的铰链RPS定义挡块、夹紧器、铰链固定滑台、门定位销、门定位块、磁吸块、门固定台架、铰链固定滑台与门固定台架之间的导向系统等零部件组成，其中铰链转轴同轴定位机构其工作原理，如图11中C部详图所示。CAA-A3102118滑动方向B-BC部详图1铰链转轴同轴定位机构（a弹簧拉丝按钮b定位滑块c铰链d铰链转轴e弹簧f滑块限位挡板g定位滑块安装座）2夹紧器3铰链限位挡块4门定位销5 门定位块6 磁吸块7门周定台架8 铰链周定滑台9 导向系统10 螺栓11柠紧扳手图11改进后铰链装配夹具结构拉紧机构中的弹簧拉丝按钮（a），使两组定位滑块(b)分别向外侧张开，将车门上、下铰链(c)分别放置到该机构中,铰链转轴(d)对准定位滑块端部圆形凹槽，然后松开弹簧拉丝按钮，使铰链的转轴卡人定位滑块前端部圆形凹槽中，即完成对上、下铰链转轴的轴线定位和在弹簧（e)压紧力作用下进行轴向固定。推动夹紧器(2)把手，使铰链与铰链旋转定位挡块（3）贴合，然后分别夹紧固定好上、下铰链，实现了上、下铰链转轴的同步定位；再将车门总成放置到辅具上，内板定位孔与辅具相应的定位销（4)套合，将内板表面与门定位块（5)贴合，让磁吸块（6)通磁将车门总成固定到辅具上；322023(9-10)轻型汽车技术技术纵横推动铰链转轴同步定位机构滑台（8），沿着导向系统（9），向车门总成方向滑动，使铰链与门上的铰链安装面接触，再分别将上、下铰链与车门总成用螺栓(10)连接,拧紧固定;打开夹紧器,拉紧弹簧拉丝按钮，使定位滑块向外侧张开，脱离上、下铰链，推动滑台（8)向外滑出，取出车门，即完成车门上铰链、下铰链与车门总成的整体定位及装配工作。5应用效果5.1门总成装配定位辅具如图12 所示，车门总成改进后的装配定位辅具投人使用后，有效地控制了车门装配间隙尺寸图12门总成装配精度及一致性，无需再进行人工尺寸调整，经过跟踪测量，门与门框间隙均匀，且实测值都在6 1.0mm范围内，稳定可控，符合设计规范与质量控制要求。新装配定位辅具使用后，无需通过开、关门才能对装配定位辅具进行装、拆，大大减少了操作步骤，使得车门装配流程得到大幅度简化，显著提高了生产效率，辅具的实际重量小于6 Kg，轻巧、灵活，使用方便，极大地改善了人机工程环境。5.2门铰链装配夹具改进后的门铰链装配夹具投人使用后，门铰链Y向尺寸稳定控制，彻底解决了门上、下铰链同轴度得不到有效控制问题，现场使用情况如图13所示。6结束语本文结合车门装配间隙不均和面差问题的有图13门铰链装配效解决，在工作过程中得到一些体会和启发。在产品设计、工艺设计规划时，制造、装配尺寸链原则上尽可能短，保证质量的同时，降低制造复杂程度，节省投资和缩短调试周期。在产品零部件设计时，必须严格审查设计、制造、测量等环节的定位体系，确保不缺失，尽可能合理，满足制造过程控制要求。在工艺装备设计时，必须尽可能充分识别产品特性和过程特性，因地制宜、灵活构思，并在开发前期进行充分验证确认，确保工艺装配投人生产时满足产品质量和生产一致性要求。解决生产现场实际问题时，充分利用尺寸工程相关知识，如尺寸链分析、定位系统定义、容差分配设计等知识来分析问题、解决问题，且这一思路也应得到推广，使之成为现场技术人员常用的分析工具。参考文献1宫兴运，张彩萍.尺寸工程在发动机前端轮系中的应用.汽车工艺与材料,2 0 19(0 9):46-5 0.2李磊，刘宙元,刘颖.同步工程在车身焊装工艺中的应用.汽车工艺与材料,2 0 2 1(0 7):38-43.3王冬梅。浅析汽车产品开发过程中的焊装工艺评审J.汽车工艺与材料,2 0 2 1(0 5):2 2-2 8.4姜珍,史有为,吴迪,葛振龙,基于尺寸工程的车身前端外观质量分析.汽车工艺与材料，2020(12):21-24.