某車型尾飾燈與背門的尺寸偏差分析與優化

張建明 夏建華

摘 要：在汽車實物匹配過程中 為了提高外觀品質 在零件尺寸匹配方面往往花費較長時間。文章以某車型尾飾燈與背門的匹配為例 在產品設計開發階段通過3DCS軟件對零件模型進行模擬抽樣尺寸仿真分析 模擬實物階段可能出現的問題 依據仿真分析結果 優化零部件設計結構、GD&T 減少了實車匹配階段的重復工作 從而縮短匹配周期。

關鍵詞：尺寸;偏差分析;3DCS

中圖分類號：U466? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-86-03

Abstract： In the stage of product design and development， in order to improve the product appearance quality， the structural design and GD&T of rear Lamp and rear door are simulated and verified by 3DCS. According to the simulation results， the part structure model and GD&T are optimized to reduce the repeated work in the matching stage， so as to shorten the matching cycle.

Keywords： Dimension; Deviation analysis; 3DCS

CLC NO.： U466? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-86-03

1 前言

隨著汽車的普及消費者生活品質的提高 人們對汽車外觀感知質量的要求越來越高。尾燈區域是構成汽車整體造型風格的重要組成部分 也是顧客重點關注的焦點之一。尾燈與周邊區域的間隙面差也側面反映了生產企業的設計與制造水平。尾飾燈與背門的間隙面差受自身結構定位、制造精度、鈑金件沖壓、焊接公差等諸多因素影響 若能在設計初期通過模擬裝配方法 仿真實際裝配誤差 并合理分配公差 將會減少后期產品變更 縮短開發周期 同時也能有效降低生產制造成本。

2 分析原理

每個零件、制造過程都有其相應的偏差 先按照經驗值對零件給定公差 然后按“自下而上”的方式累積到整車 測量實際目標位置的范圍與標準要求進行比較 并根據敏感度與幾何因子 對設計結構和公差分配進行適當優化 從而在保證零部件可制造性的前提下確保整車裝配后間隙段差達到設計要求效果。

3DCS軟件按照蒙特卡洛算法對零部件進行虛擬制造并進行實際模擬裝配 設定如下條件：

（1）取樣次數為5000次;

（2）所有零件為剛體考慮;不考慮裝配力、熱膨脹、重力、彎曲或回彈;

（3）產品制造公差按正態分布 6西格瑪范圍與公差范圍相符 中心正態分布。

3 模型搭建

3.1 數據分析

背門外板（圖1中件1）一般為0.6～0.8mm厚的薄板件 尺寸大、剛度低 但尾飾燈安裝板（圖1中件2）剛度好 可近似作為剛性零件。背門外板和尾飾燈安裝板焊接為一體后 局部區域（圖1的區域A）剛性好 可以將局部區域作為剛性零件。

根據制造工藝建立的模型結構如圖2 即先將背門外板與尾飾燈安裝板在夾具上焊接為背門外板分總成后 再建立尾飾燈與背門外板分總成的模型 進行測點分析。

3.2 模型建立

由于背門外板尺寸較大且為柔性件 因此先用Six-Plane Move命令將背門外板預裝配到夾具FIX上。此時在背門外板的尾飾燈配合處的定位面和夾具FIX支撐塊可能有間隙或干涉 為模擬實際情況 要通過AutoBenld Move命令使背門外板和夾具夾持面貼合 同時尾飾板燈安裝板和背門外板連接處需通過Benld連接 以模擬焊接的變形。

3.3 給定公差與建立測量

根據零部件的結構及初步制造能力分析 給定初始公差范圍如表1：

4 結構優化

通過分析（圖5 間隙狀況） 發現G03、G05～G06位置的實際間隙超差率較高 需要進行適當優化。根據敏感度結果 構成間隙的背門外板與燈面輪廓度、燈安裝板安裝點的平面度三個公差貢獻度約為72% 尾飾燈的輔助定位基準C的貢獻度約為10%。

F01～F07位置的面差（數值圖略） 超差率普遍在5%以上 根據敏感度結果 構成面差的背門外板、燈外表面輪廓度貢獻在85%以上。

數模中 尾飾燈的輔助定位基準C在燈的中間位置（圖6） 定位不好。由于燈尺寸較小 通過兩點安裝定位 若安裝點局部平面度偏差不穩定 可能導致燈向上或下翻轉。

5 優化分析

根據以上結果對以上公差進行優化。根據和供應商溝通 燈的面輪廓度可以控制在1.4mm 背門外板局部輪廓度相對燈的基準可以控制在1.0mm 尾飾板燈安裝點的平面度暫無法優化。

將C基準向右移動約70mm至C處（圖6）。同時優化燈的安裝點Ⅰ、Ⅱ（圖6）在Z向的尺寸 同時優化FIX的支撐面位置。安裝點平面度在實際生產過程中要重點管控。

重新采用5000次抽樣分析 結果如圖7。 間隙、面差的超差率都在1%以下 達到目標。

6 分析流程

汽車是一個層級復雜的結構 在數據設計過程中為滿足實物階段要求 一般采用的措施有：滿足成型的前提下減少零件數量 減少零件的焊接或裝配層級 定位結構設計盡量靠近需確保的功能尺寸等。但為準確找到關鍵零件公差、設計結構缺陷 初步建立了開發階段尺寸分析流程（如圖8）。

7 結語

對車型尾飾板燈的外觀尺寸在設計過程中進行模擬抽樣分析 根據分析結果優化了零件設計結構 并根據各個尺寸公差敏感度系數為參考 快速準確的找到問題根源并提前優化 也對后期開發過程中零部件的關鍵尺寸控制要素提供依據 初步建立了分析流程 從而縮短后續的實物匹配開發周期。

參考文獻

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