车身尺寸工程中的偏移公差设置

余魁，王佳，王辉（.东风汽车公司技术中心，武汉 430058； .赛科工业科技开发有限公司，武汉 430058）

车身尺寸工程中的偏移公差设置

余魁1，王佳1，王辉2
（1.东风汽车公司技术中心，武汉 430058； 2.赛科工业科技开发有限公司，武汉 430058）

零部件公差分配是车身尺寸工程中一项重要的环节，偏移公差是公差分配的一种特殊形式。文章采用具体实例，阐述了在开发设计阶段根据车身结构特征在零件某些特殊部位设置偏移公差，能有效解决零件匹配过程中的干涉、定位不稳等问题，减少模具更改次数，缩短开发周期。

尺寸工程；偏移公差

余魁

2007年毕业于华中科技大学材料加工工程专业，硕士学位，现任东风汽车公司技术中心工程师，研究方向： 轿车车身制造、轿车车身尺寸控制。

轿车车身通常由300～500个左右的形状复杂的薄板冲压件，150～250套夹具，在70～120个工位上焊接而成。车身装配是一种多层次体系结构，若干零件经焊接成分总成，分总成又成为下一层装配中的零件。在这种复杂的装配过程中，由于零部件间的干涉、工装夹具的不稳定性、零件本身的偏差、焊接变形、操作等影响，不可避免的会产生并累计尺寸偏差，从而对生产过程和制造质量产生影响。

1　车身尺寸工程的定义

车身尺寸工程贯穿车身概念设计、工程化样车、工装及试生产阶段全过程， 包括设计同步工程阶段的DTS目标值的定义、零件定位基准设计、公差分配及校核，测点及监控计划制定，并且延伸零件的模具设计、检具设计、夹具设计，试制阶段的车身精度调试以及量产后的尺寸监控和偏差分析。尺寸工程各阶段工作见表1：

表1　尺寸工程各阶段工作

2　偏移公差的设置

生产实践的经验表明：在正常条件下加工一批零件，其产品的质量特征一般都服从正态分布规律。通过公差分配得到的车身零件几何尺寸公差，其公差带通常是沿零件理论设计尺寸对称分布。零件按产品数模加工制造完成后，在车身装配过程中，存在零件虽在公差范围内，但仍出现零件间干涉、装配困难或装配不到位现象，从而影响整车尺寸质量。如图1所示，阴影部分区域零件1与零件2均在公差范围以内，但零件发生干涉。在这种情况下通常需要分析零件偏移量，通过修正模具来解决干涉问题，从而增加了调试的周期。

在产品公差设计阶段，预测零件匹配过程中可能产生干涉的部位，将公差中心向某一方向移动一定的偏移量，使其避免干涉，这种偏移零件初始公差中心，就是偏移公差或移动公差，它是车身尺寸工程的一部分。

2.1车身零部件偏移公差分类

1）零件之间多个方向的表面全接触（如U形件），由于零件存在尺寸偏差和波动，易产生干涉现象，导致零件无法放入。在设定该零件公差时，预先将零件贴合面设定偏移量，可以有效避免干涉。

例：侧围B柱加强板与侧围铰链安装板焊接时，为避免侧围铰链安装板在夹具上放入困难，对铰链侧围安装板U形槽两侧公差中心向里偏移0.5mm，如图2所示：

2）零件功能优先的面的偏移。零件之间在多个平行的面进行装配时，由于制造偏差，无法保证多个平行平面完全贴合。根据功能分析，对优先保证的面进行偏移公差，以确保零件关键功能面的装配贴合。

例：如图3所示，侧围B柱上加强板与侧围外板装配焊接时存在车门铰链安装面与法兰边两个平行的装配面，车门铰链安装面的精度直接影响车门的装配位置，从而影响车身的密封性及外观尺寸，同时侧围外板与B柱上加强板的贴合间隙也会造成螺栓打紧后的扭矩损失，引起车门耐久后门下垂，因此，车门铰链安装面是优先保证的装配面。于是对侧围B柱上加强板铰链面向车外偏移0.5mm，确保其与侧围外板在该区域的贴合。类似零件还有门铰链加强板，悬置定位加强板等。

3）零件的某些部位设计台阶，起到避让作用，通常为三层板（或以上）焊接，这种情况往往需要对凸缘台阶设定偏移公差确保台阶深度以抵消焊接带来的膨胀。

如图4所示a）为三层板、b）为四层板贴合情况下，对零件凸缘台阶进行偏移公差0.4mm和0.6mm。

4）影响车身外观尺寸，零件之间大范围的多层板以对接方式进行焊接，如图5所示，需要对零件的对接接头进行的补偿性偏移。

例：地板与侧围合拼，由于零件翻边接触面较大，并且翻边面的轮廓度难以保证，地板翻边Y+方向最大偏差部位与侧围Y-方向法兰边最大偏差部位最先接触，再加上焊接带来的膨胀，使整个车身朝车外变宽，一般情况下约1～2mm。因此需要对地板区域冲压件设置偏移公差，保证车身的开度，如图6（b）所示。此处涉及的偏移零件为：边纵梁，前围板，风窗下盖板，后轮罩，翼子板里板，后地板等等。

5）为了满足制造工艺需求进行的公差偏移

例：车门内外板包边面，如图7（a）所示，对车门外翻边面进行偏移，保证在包边过程中内板零件的放入。图7（b）所示，对内板零件法兰边进行偏移公差设置，防止包边后外板表面出现褶痕。

此类的偏移都是为了某种如制造过程中如预弯角，抗回弹等等各种因素进行的偏移，与制造工艺结合紧密，需要根据各个专业的意见给定。2.2移动公差值的设定值

上述对移动公差的设定部位进行了分类介绍，下面介绍移动公差的设定值：日韩系的车多采用0.5，0.7，1.0等固定值对搭接零件中的干涉部分等进行偏移补偿，这种方法要求设计人员具有丰富的现场经验；另一种采用数学模型进行分配和计算，常用的有均方根法和蒙特卡洛法。均方根法假定各零件服从正态分布，装配公差与零件之间是线性关系，可以较快速的得到偏移量并作为零件的公差设定依据，对于平面内二维公差分析具有较高的准确性，应用广泛；而蒙特卡洛法采用随机模拟和统计试验的方法进行求解，通常使用3DCS或VSA等商业软件对零件进行建模仿真得到偏移值，适用于零件三维公差分析，但建模复杂，耗时较长。本篇介绍均方根法计算零件公差偏移量。

均方根法的数学表达式如下：

其中Tn表示第n个零件的公差分布。

通过对装配总成的尺寸链分解，利用均方根发求解目标尺寸的公差带，然后根据工艺或装配要求对零件的公差中心进行偏移。

如下图8所示：地板总成焊接尺寸链分解为四项影响因子，求解项为内纵梁与座椅横梁和前地板之间的间隙波动量，各影响因素量公差带及均方根法计算的公差带见表2：

为避免干涉，内纵梁与座椅横梁最小缝隙为0，通过计算，其公差带为2.4mm，对座椅横梁接头朝车内偏移1.2mm，可保证内纵梁与座椅横梁间隙范围为2.4/0mm。

表2　地板总成焊接各组成　单位：mm

2.3偏移公差零件的模夹检具设计

由于零件设置了偏移公差如图9（a），零件所对应的模具、夹具、检具同样需要做相应的修改。

在对零件进行模具设计的过程中，不仅需考虑零件的回弹补偿，还应当充分分析零件的移动公差设置区域的偏移量，合理设计零件的工艺数模，如图9（b）所示。

对于夹具设计而言，如果零件移动公差设置区域没有支撑加紧点，则不需要对夹具进行调整，如果零件的定位支撑夹紧选择在移动公差区域，则需要根据公差偏移方向以及偏移量对夹具的支撑夹紧进行相应的调整，如图9（c）所示。

同样，如果检具的基准零位面设置在零件的移动公差区域，则需要对检具的零位面进行偏移看，如图9（d）；在对零件移动公差区域进行检测时，其监控上下限需相应的更改。

3　结论

本文对白车身尺寸工程中的偏移公差分类，偏移公差移动量的计算方法，以及涉及偏移公差零件的模夹检具的设计要求进行了系统的阐述。通过偏移公差的设置，能有效防止试制过程中的反复试模，大大的缩短了产品开发的周期。

［1］林忠钦.汽车车身制造质量控制技术［M］ 北京：机械工业出版社，2005.

［2］胡敏.轿车车身尺寸工程概述［J］. 上海汽车，2002（7）：15-18.

［3］林忠钦，胡敏，陈关弄，等.轿车车体装配偏差研究方法综述。机械设计与研究，1999（3）：28-60.

［4］李良，王德伦.车身公差分配工程应用.重庆工学院学报，2008，22（11）：16-22.

［5］张以柱，陈少云，陈关龙，等.白车身装配尺寸偏差模式识别方法研究.机械科学与技术，2002，21（5）：689-691.

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王银明：

该论文具创造性、学术性一般，但有较好的实用价值，对于从事汽车设计的科技人员在工作中具有一定的指导意义。

Excursion Tolerance Allocation of Vehicle Dimension Engineering

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（ 1.Dongfeng Motor Corporation Technical Center， Wuhan 430058， China； 2. Segula Technologies Greater China Region - Wuhan Branch， Wuhan 430058， China ）

Part tolerance allocation is one of the most important procedures of the vehicle dimension engineering. Excursion tolerance is a special type. The article uses concrete examples to illustrate the allocation of excursion tolerance of the particular component during the design phase. This will resolve the interference and instability of assembling process which will reduce the modifying of the tools and shorten the development cycle.

Vehicle dimension engineering； Excursion tolerance

U466

A

1005-2550（2015）05-0019-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.05.004

2015-04-07