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摘要：随着汽车行业制造水平的不断提高，企业对于车身焊接总成的质量要求也越来越严格。为了进一步提高车身精度，尺寸工程的应用越来越广泛。文章以白车身前门门槛焊接边为例，抛弃传统以经验为准绳的控制策略，通过研究新的尺寸链分析思路，找到一条更为精确的尺寸分析方法，以确保满足最小焊接面大小的要求，提高车身焊接质量。尺寸链分析的方法为极限计算法和均方根计算法。
关键词：车身焊接边；尺寸与公差；尺寸链
1前言
随着汽车产业的快速发展，车身尺寸质量开始受到各大汽车厂商的重视[1]。为了进一步提高车身精度，各个汽车公司也逐步开展了对整车尺寸的专项研究，并取得了长足的发展，特别是在车身焊接总成方面逐步缩短了与国外整车公司的差距。车身尺寸精度的高低，直接决定了总装件的装配状态，将最终严重影响整车的密封性、风噪声和行驶平稳性等[2]。
所谓车身尺寸精度的控制，其实就是针对零部件公差累计的控制。尺寸工程就是通过对图纸、工艺以及测量结果进行综合分析，从而计算出车身的最终质量控制状态，以达到优化图纸和工艺，减少生产中的质量风险，保证和提高车身质量的目的。本文以车身前门门槛焊接边为引，综合分析所有相关影响因子，从而扩展到所有不同类型的焊接边，以优化车身焊接边尺寸设计。
2问题的由来
传统的尺寸控制方式都是通过生产经验值给出，以满足实际生产中的焊接面大小要求，没有形成科学系统的尺寸控制方法。很多时候根据经验值认为给出的面宽度足够了，但是还可能会产生各种各样的焊接问题。比如焊接面太小，焊点落到了倒角位置或者切边上，严重影响了焊接质量；又或者焊接面很大，出现密封等问题。但这时候又找不到产生问题的根本原因所在。三个零件的焊接面尺寸都超过了15mm。由于防止零件相互之间干涉的产生，零件之间在倒角位置都有一定的避让距离。这样将导致实际的焊接有效宽度降低。虽然数据上测量得出的有效焊接宽度约为13mm，但如果考虑零部件的公差累计又是多少呢？这里就需要通过尺寸链分析来确定最终的产品实际焊接宽度。
3焊接面切边线尺寸链分析
虽然焊接面有效宽度为13mm，在焊接总成上，因为有公差的影响，将会改变最终的焊接面宽度。
公差输入来源：
1）2D图纸；
2）焊接工艺文件；
3）工装精度输入文件；
4）实际的测量报告。
根据相关工艺文件输入，焊接面内外板切边的尺寸链公差累计如图所示。
在图所示的尺寸链中，各贡献因子为：
1）侧围总成外板切边公差；
2）侧围总成工装装配孔销配合综合公差：+/-0.3mm；其中孔销尺寸大小名义值差别为+/-0.1mm，定位销尺寸公差走下偏差0/-0.1mm，定位孔尺寸公差走上偏差+0.1/0mm，工装定位销位置度公差+/-0.1mm，采用极限算法：0.1+0.1+0.1=0.3mm。
3）地板总成Z向面定位基准块公差：+/-0.2mm；
4）地板总成切边公差。
尺寸链计算方法为极限算法以及均方根算法，计算结果为：极限算法得出公差极限值：0.7+0.3+0.2+1.0=2.2mm，则公差范围为+/-2.2mm。均方根算法得出6西格玛值：=+/-1.27mm，则公差范围为+/-1.27mm。其中极限算法是找出最大风险值，而均方根算法为计算出大批量生产的6西格玛公差值。大部分的主机厂采用6西格玛值作为一般统计公差的结果，也就是+/-1.27mm。由于内外板切边之差名义值为2mm，故外板还是比内板长一些。最终的焊接有效面宽度将为：13+/-1.27mm，可以得出最小有效焊接面宽度约为11.73mm。
4考虑焊接边倒角综合影响的尺寸链分析
目前在国内的大多数主机厂，基本采用上述的尺寸链分析方法，仅仅考虑了图纸以及工装工艺等可视化公差输入，而对于图1中的焊接面倒角处的公差未做充分考虑。在一般的GD&T图纸中对倒角区域都没有明确定义，而只能参考默认公差中一般性公差要求。对于检具来说，倒角位置都是非测量位置，这样就造成了倒角处的公差一直处于非监控状态。而上述的尺寸链则没有考虑到倒角公差对实际有效焊接面面积的影响。
下面对倒角处的公差进行理论分析：
已知：RD=6mm，RM未知，∠BO1D=72°，A、B为倒角圆O2以及圆O1的切点，其中AB⊥O1B，AB⊥O2A，做垂线O1C，O1C⊥O2A，则ABO1C为矩形。∠1+∠2=90°∠2+∠3=90°∠3+∠4=90°由于∠1=36°，则∠4=54°因为图纸上未对倒角作出定义，故通过实际测量得出其具体尺寸值，推算其制造公差。采用半径规测量5辆车的数据，其中：
D（Design）—侧围外板焊接面设计值
A（Actually）—侧围外板焊接面测量值
RD（RadiusDesign）—倒角设计值
RM（RadiusMeasured）—倒角测量值
经过对5组数据的统计分析并综合制造部门的相关反馈，得出倒角6sigma的尺寸公差值约为+/-1mm，AB=(+/-1)/tan54°≈+/-0.7mm。如图所示，将焊接实际贴合面影响位置进行定义。A点为侧围外板切边，B点为内板切边，C点为焊接贴合面距离最近的倒角过渡点。这里是针对该门槛位置断面分析，若扩展到各焊接面宽度的相关情况，则有两种类型：
①A点比B点高，最小实际焊接宽度为从B点到C点（如本例前门门槛焊接面）；
②B点比A点高，最小实际焊接宽度为从A点到C点（非前门门槛焊接面位置）。
在这两种情况下，实际焊接宽度则有不同的尺寸链路径。对于第①种类型，A点比B点高时，从C点计算到B点：
各贡献因子为：
1）倒角尺寸公差影响值+/-0.7mm；
2）倒角的中心点位置度公差+/-0.7mm，这里默认与倒角下部的面轮廓度相同，因为该倒角将跟着其下部的连接面而上下波动；
3）侧围总成工装装配孔销配合综合公差：+/-0.3mm；其中孔销尺寸大小名义值差别为+/-0.1mm，定位销尺寸公差走下偏差0/-0.1mm，定位孔尺寸公差走上偏差+0.1/0mm，工装定位销位置度公差+/-0.1mm，采用极限算法：0.1+0.1+0.1=0.3mm。
4）地板总成Z向面定位基准块公差：+/-0.2mm；
5）地板总成切边公差。
极限算法得出公差极限值：0.7+0.7+0.3+0.2+1.0=2.9mm，则公差范围为+/-2.9mm。
采用6西格玛值也就是+/-1.45进行计算，最终的焊接有效面宽度将为：13+/-1.45mm，可以得出最小有效焊接面宽度约为11.55mm。
各贡献因子为：
1）侧围外板总成切边公差A1；
2）倒角的中心点位置度公差+/-0.7mm，这里默认与倒角下部的面轮廓度相同，因为该倒角将跟着其下部的连接面而上下波动；
3）倒角尺寸公差影响值+/-0.7mm；尺寸链计算方法为极限算法以及均方根算法，计算结果为：极限算法得出公差极限值：+/-2.10均方根算法得出6西格玛值：=+/-1.21mm，则公差范围为+/-1.21mm。采用6西格玛值也就是+/-1.21mm进行计算，侧围外板焊接面宽度值15mm，则最终的焊接有效面宽度将为：15+/-1.21mm，可以得出最小有效焊接面宽度约为13.79mm。
5结论
车身制造的质量对汽车的外观、性能及安全都有影响[3]，故对车身尺寸质量展开研究具有很强的紧迫性和实用性。本文尺寸链分析方法，基本可以适用于车身上所有有关最小焊接面宽度的实例上。这也为目前焊接总成质量控制，特别是没有明确图纸定义，普遍采用经验值的质量控制提供了一套可靠科学的尺寸分析方法。尺寸工程以及公差分析的广泛应用，必然能够不断推进我国汽车尺寸控制迈向一个新高度。
参考文献：
[1]易平.车身几何尺寸生产控制模式.[M]科技与企业,2010年9月.
[2]胡敏.轿车开发过程中的公差设计方法、理论和实践.[M]上海汽车,2007年10月.
[3]汪文芳.轿车车身尺寸控制与夹具工艺设计分析.武汉理工大学硕士论文,2010年4月.
论文作者:张小兵,陈春华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
标签：公差论文; 尺寸论文; 倒角论文; 车身论文; 宽度论文; 切边论文; 总成论文; 《电力设备》2018年第35期论文;