基于尺寸工程的辊压窗框分析与优化

陆剑峰,罗凤平,王地川

(宁波吉利汽车研究开发有限公司长兴分公司，浙江长兴 313100)

0 引言

随着现代汽车工业的发展，市场竞争日趋激烈，针对整车的造型、功能、经济性等各方面的要求越来越高，而质量控制涉及到这其中的方方面面，并且在制造过程中，控制尺寸是控制质量的主要手段。由于辊压窗框成本较低，因此很多经济型汽车都选用辊压窗框，但是由于它工艺复杂，所以尺寸的控制较为困难，往往会因为尺寸偏差造成装配间隙不均匀、功能异常等问题。以往很多汽车项目注重后期的调试而忽视前期的设计优化，往往会造成后期调试及返修工作量大。因此，本文作者通过分析辊压窗框的尺寸以及以往项目的经验反馈，对辊压窗框在项目开发阶段的尺寸优化提供一些建议，达到提升辊压窗框质量的目的。

1 辊压窗框介绍

1.1 辊压窗框的产品结构

辊压窗框有两种常见的结构，分别为开口式窗框与闭口式窗框，两者之间的区别在于有无下部的加强横梁，图1示出某车型闭口式窗框。辊压窗框本体通常由辊压件拼焊而成，再辅以后视镜安装板等冲压件。窗框在整车上的作用主要为：外观匹配、后视镜/饰板安装、密封条安装、玻璃导槽功能等，其在整车上的位置为顾客视觉最敏感的区域之一，因此它的尺寸对整车外观有着重要的影响。

图1 某车型辊压窗框(闭口式)

1.2 辊压窗框的工艺

辊压窗框的工序众多，通常辊压窗框的工序主要包含：辊压、拉弯、冲压、包边、锯切、角焊焊接、总成焊接、打磨、矫形、挫修、检验等。辊压窗框之所以成本较低，很大原因也是由于辊压工艺生产效率高，节省材料[1]。另外，它的焊接由于结构关系常以烧焊为主，而烧焊工艺的热变形对尺寸有着较大的影响。

2 辊压窗框尺寸分析

从以往项目的经验反馈来看，两种辊压窗框的结构对尺寸的影响各有优劣，开口式的优点在于窗框的开口尺寸可以通过夹具调整，但是来料尺寸非常不稳定，现场返修率很高。闭口式的优点在于来料尺寸稳定，但是现场不易调整开口尺寸，对供应商的质量保证能力要求较高。下面以某车型的闭口辊压窗框举例说明辊压窗框尺寸最难保证的区域以及最终体现在整车上的缺陷。

2.1 理论计算

以某车型辊压窗框为例，尺寸设计阶段给辊压窗框的外观轮廓匹配面的公差为±0.6，与之相匹配的车门内板的公差为±0.5，通过3DCS软件三维建模仿真分析，辊压窗框与门内版焊接后，窗框上部Y向由于杠杆原理放大偏差，尖角位置6σ达到了4.14，无法满足车门总成±0.7的公差要求。图2示出辊压窗框与门内板焊接仿真分析结果示意。

图2 仿真分析结果

2.2 实测数据

通过搜集某车型车门总成的实际测量数据，分析计算后得到窗框尖角区域面差点6σ为3.74(21台份样本)，实际制造的尺寸精度无法满足设计要求。由实际制造结果看，窗框区域尺寸不稳定，匹配难度大，需要重点关注，提前制定优化方案，保证整车目标达成。图3示出某车型窗框尖角处实际测量结果。

图3 窗框尖角处实际测量结果

2.3 整车常见缺陷(窗框区域)

通过对标搜集部分车型的尺寸问题，并梳理归纳出了与辊压窗框有关的问题。主要有以下几项：(1)B柱区域面差/间隙不均；(2)后三角窗与后门窗框面差/间隙不均；(3)后视镜底座/前三角窗与前门窗框面差高低不平；(4)前后门窗框顶部不对齐；(5)前后门水切不对齐。图4示出以上问题的区域。

图4 问题区域

3 辊压窗框尺寸优化

以上列出的常见尺寸缺陷，在后期往往只能依靠人工返修来解决，费时费力，甚至可能会造成停线，而通过提前介入，通过一些尺寸优化的手段例如定位优化、公差调整等，则可以降低后期匹配难度，减少以上问题发生的概率及返修率，下面分别从造型、产品、尺寸、工艺等几大方面出发阐述一些窗框尺寸的优化手段。

3.1 造型设计

在汽车造型阶段，尺寸部门需要对造型数据进行同步工程分析，以规避和减少工业化阶段所带来的潜在尺寸风险[2]，因此造型的设计往往直接影响到后期的匹配难度，比如前后车门中缝，既有面差要求又有间隙要求，而且处于顾客视觉最敏感的区域，偏差过大会严重影响视觉美感，降低顾客购车意愿。

窗框区域部分位置可以通过造型设计来弱化视觉感知，比如窗框上部与侧围上部面差匹配区域造型设计较大的落差，而不是完全齐平，以此来降低视觉敏感度。此外，该区域的间隙由于有密封条的存在也被相对弱化，因此窗框上部与侧围上部的间隙面差的匹配难度大大降低。另外，其余区域比如水切与车门外板的面差、后门与后三角窗的面差、后视镜与侧围A柱的面差等均可通过类似的造型设计进行弱化。图5示出窗框上部与侧围的面差。

图5 窗框上部与侧围的面差

3.2 产品设计

辊压窗框是由多个零件焊接组成，并且窗框总成与门内板的焊接面也众多，因此在造型确定之后还可以通过简化产品结构来降低后期匹配风险。比如可以取消窗框上附带的小件，将小件放在门内板上焊接，简化窗框结构；尽量减少X及Z向的焊接面，可降低干涉风险；避免窗框与内板大面积匹配，降低零件共面度要求等。图6示出辊压窗框结构简化示例。

图6 辊压窗框结构简化示例

3.3 尺寸设计

从定位角度出发，普通零部件通常采用定位销、定位面的定位方式，以往很多车型辊压窗框同样采用该方式。但是零件公差由整车DTS(尺寸公差技术规范)逐步往下分解，原则上分配到单件的尺寸公差会比较苛刻[3]，并且由于辊压窗框工艺复杂，实际制造能力受到限制，因此如果依旧采用上述定位方式将导致较大的公差累积。因此，为了减少公差累积，可以用整车匹配要求高的轮廓作为定位点，把匹配轮廓的尺寸公差置零，将公差累积释放到非关键区域。图7示出辊压窗框的两种定位方案。

图7 辊压窗框的两种定位方案

从公差角度出发，为了降低后期匹配难度，对部分关键区域进行公差的调整以满足最终整车要求。比如B柱区域外观轮廓公差改为0.6；与门内板焊接区域增加复合公差0.5。另外，为了快速进行判断零件是否满足公差要求，可以在主机厂内复制一套检具。

3.4 工艺设计

辊压窗框角焊夹具的定位采用单件检测定位点，保持制造基准与检测基准一致，以便于测量数据对应性分析。

辊压窗框总成焊接夹具的定位采用轮廓定位，与总成检测定位保持一致，缩短尺寸链。此外，在总成焊接夹具上可设置精导向，并且与零件保留(0.5±0.1)mm的间隙，使夹具具有检测功能，当零件与精导向干涉无法放入夹具时，即可识别缺陷零件，避免使用变形或超差的零部件，降低厂内返修量。

对于辊压窗框总成夹具的夹紧顺序，通过调节气缸速度优先夹紧B柱、C柱等关键匹配区域，降低夹紧顺序对这些位置的影响。对于窗框总成焊接顺序，优先焊接对接区域，再焊接搭接区域，减少烧焊冷却过程产生的零件变形。对于窗框总成与门内板的焊接顺序，优先焊接前后的Y向定位焊点，再焊接其余Y向，然后焊接其余方向的焊点。图8示出某车型辊压窗框总成焊接夹具。

图8 某车型辊压窗框总成焊接夹具

3.5 供应商管理

辊压窗框的质量与供应商的质量保证能力直接挂钩，因此选择实力较强、口碑较好的供应商是十分重要的。确定供应商之后，需要尽早介入并全程跟踪供应商的开发进度，做好前期审核工作，比如确保图纸、检具、夹具的定位保持一致，检测信息是否满足图纸标注的要求等。到了交样阶段，需要提高供应商质量意识，确保供应商按时提供零件检测报告并确保报告真实可靠，并同时提供夹具/检具精度、重复性报告，并且做好调试记录，便于后期追溯。到了量产阶段，需要确保供应商继续保持零件质量，不降低监控标准，并按时提供检测报告。

4 结束语

辊压窗框的尺寸保证长期以来都是一大难点，仅仅依靠后期匹配调试或返修来达到质量目标是治标不治本的手段，而通过在项目开发阶段就提前分析并介入，进行一定程度优化，可以大大降低后期的匹配调试难度，降低所需投入的资源，保证质量的同时降低了制造成本。