汽車內(nèi)門檻飾板裝配校核方法的研究

王鎮(zhèn)龍

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

內(nèi)門檻飾板是包覆車身門檻內(nèi)鈑金的塑料零件，起到連接立柱下飾板、遮擋線束與鈑金、方便乘客上下車踩踏等功能。如圖1所示，內(nèi)門檻飾板通常包括左前內(nèi)門檻飾板、右前內(nèi)門檻飾板、左后內(nèi)門檻飾板、右后內(nèi)門檻飾板。

圖1 內(nèi)門檻飾板組成

總裝線上內(nèi)門檻飾板的安裝工序，通常在立柱飾板、地毯、線束等周邊零件之后。因此，整車的裝配公差都累計到內(nèi)門檻飾板的安裝階段，常導(dǎo)致門檻難裝配、匹配不良等問題，嚴(yán)重影響到整車的裝配效率。因此，早期設(shè)計階段對內(nèi)門檻飾板裝配過程的校核十分重要。

陳偉等人[1]研究了通過CATIA中對3D數(shù)模進(jìn)行DMU校核，來驗證零件的裝配性。此方法能在實物生產(chǎn)之前校核處裝配問題點(diǎn)，但需要有完整的3D數(shù)據(jù)才能進(jìn)行。當(dāng)在設(shè)計前期只有2D斷面，要花費(fèi)很多時間和人力，才能完成3D數(shù)模制作工作。若等3D數(shù)據(jù)再校核，則投入的時間和人工成本會非常高。本文作者闡述了在CATIA中利用2D斷面來校核裝配性的方法，能夠在項目早期階段避免零件出現(xiàn)安裝問題；同時通過斷面分析解決方案，指導(dǎo)3D數(shù)據(jù)的制作，大大提升設(shè)計開發(fā)效率。

1 內(nèi)門檻飾板裝配公差

整車零件的裝配過程是多級零件逐級累加的過程[2]，裝配環(huán)節(jié)多。在裝配過程中，受制造誤差、定位誤差、重力變形以及環(huán)境等因素的影響，裝配偏差累計很大。內(nèi)門檻飾板處于裝配線的末端工序，需要吸收整車?yán)塾嫻睢?/p>

采用斷面法校核內(nèi)門檻飾板裝配時，是在考慮裝配公差情況下進(jìn)行。內(nèi)門檻飾板裝配過程，公差主要包括兩方面：一是已裝好的零件產(chǎn)生的公差累積，簡稱為車身公差；二是工人操作過程中帶來的公差，簡稱為裝配誤差。車身公差可以通過對不同車型和生產(chǎn)工藝的測量積累得到，一般為3～5 mm。裝配誤差主要是指工人裝配手法的影響，比如裝配產(chǎn)生變形或旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的公差，一般為3°～5°。

如圖2左前內(nèi)門檻飾板裝配過程所示，門檻飾板安裝時會先卡入序號①的一端，然后再卡入需要序號②一端。下面將以圖2為例，說明如何通過斷面分析來優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)。分析過程采用公差值越大，最終產(chǎn)品裝配性越好。文中分析選取車身公差±3 mm、裝配誤差±3°，對序號①處結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

圖2 左前內(nèi)門檻飾板裝配示意

2 斷面分析法

進(jìn)行斷面分析時，核心是校核門檻飾板的卡接結(jié)構(gòu)在存在公差情況下能否順利裝配。如圖2所示，卡接結(jié)構(gòu)安裝時，在空間上存在X、Y兩個方向的公差時會導(dǎo)致安裝困難，故要分析X、Y方向存在公差情況下的裝配校核。同時裝配過程存在局部旋轉(zhuǎn)，因此還要分析Y向旋轉(zhuǎn)時的裝配校核。因此門檻飾板斷面分析包括如下三方面：

(1)分析X向±3 mm公差時的運(yùn)動軌跡；

(2)分析Y向±3 mm公差時的運(yùn)動軌跡；

(3)分析Y向旋轉(zhuǎn)±3°公差的運(yùn)動軌跡。

2.1 X向裝配分析

門檻飾板卡接結(jié)構(gòu)X向斷面如圖3所示。利用X向公差進(jìn)行分析時，只需要將立柱飾板斷面固定不動，門檻飾板斷面分別在X向前、后各移動3 mm，之后再模擬裝配到立柱配合結(jié)構(gòu)上。

圖3 門檻飾板X向裝配分析斷面

從圖3可看到，當(dāng)存在正公差時，卡腳與立柱飾板存在2.7 mm干涉；而存在負(fù)公差時，加強(qiáng)筋與立柱飾板存在1.2 mm的干涉量，可以判斷此卡腳結(jié)構(gòu)存在裝配困難問題。

基于以上分析結(jié)果，繼續(xù)通過斷面來探討其優(yōu)化方案。如圖4所示，針對安裝過程加強(qiáng)筋干涉問題，在立柱配合孔位置，增加導(dǎo)向斜面和圓角后，干涉量為0。另外，針對卡腳干涉問題，可以考慮在卡腳兩側(cè)設(shè)計更大的導(dǎo)向筋條。在安裝過程中，通過導(dǎo)向筋與安裝孔的作用，使卡腳能順利卡入安裝孔中。通過斷面分析可以了解導(dǎo)向面和導(dǎo)向筋的各個尺寸參數(shù)(如圓角大小、筋條高度等)，有助于指導(dǎo)3D數(shù)模設(shè)計。另外，解決裝配問題的方案有很多，圖4只是給出了其中的兩個示例。

圖4 門檻飾板裝配優(yōu)化方案

2.2 Y向裝配分析

門檻飾板卡接結(jié)構(gòu)Y向斷面如圖5所示。分析方法與X向類似，通過Y向斷面分析可知，裝配過程門檻飾板存在兩個配合結(jié)構(gòu)：一是限位筋；二是插腳。通過Y向移動后的斷面可看到，插腳在門檻飾板存在Y向±3 mm公差情況下，裝配校核無干涉(圓角有導(dǎo)向作用，接觸可視為裝配無問題)。而在限位筋的位置則存在干涉，正公差情況下干涉0.9 mm，負(fù)公差時干涉1.9 mm。針對此問題，可以通過在立柱飾板配合孔周邊增加導(dǎo)向斜面，或者在門檻飾板限位筋端部增加圓角來解決。

圖5 門檻飾板Y向裝配分析斷面

2.3 Y向旋轉(zhuǎn)分析

對于內(nèi)門檻飾板來說，Y向上存在旋轉(zhuǎn)公差，同時伴隨裝配公差，因此要分析旋轉(zhuǎn)和裝配公差組成的復(fù)合公差情況下門檻飾板的裝配性。如圖6所示的Y向斷面，在卡接結(jié)構(gòu)位置斷面上找任一基準(zhǔn)點(diǎn)作為旋轉(zhuǎn)中心，門檻飾板斷面雙向旋轉(zhuǎn)3°來模擬旋轉(zhuǎn)公差影響，圖6中選擇限位筋條根部作為旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)。

圖6 門檻飾板Y向旋轉(zhuǎn)公差分析斷面

其次考慮裝配公差影響，則在門檻飾板旋轉(zhuǎn)斷面的基礎(chǔ)上，將門檻斷面Y向移動±3 mm，得到圖7的Y向復(fù)合公差的分析結(jié)果斷面。基于圖7結(jié)果，可知影響裝配的主要因素仍然是限位筋。可以通過在限位筋尖端增加導(dǎo)向斜面特征或圓角來解決。

圖7 門檻飾板Y向復(fù)合公差分析斷面

3 運(yùn)用實例

某車型門檻飾板在總裝線抱怨裝配困難，卡扣容易損壞，如圖8所示。通過解析發(fā)現(xiàn)裝配是門檻飾板卡腳會頂?shù)搅⒅棸宓陌惭b孔邊緣，導(dǎo)致難安裝。進(jìn)一步采用斷面法校核數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計結(jié)構(gòu)裝配性差。

圖8 內(nèi)門檻飾板卡接損壞

通過斷面分析尋找解決對策，確定門檻卡腳配合結(jié)構(gòu)位置增加導(dǎo)向斜邊、圓角等可以順利安裝。基于斷面的方案對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后方案對比如圖9所示，按此方案修模后，門檻飾板裝配問題順利解決。

圖9 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案對比

4 結(jié)論

采用2D斷面校核裝配性，可以在設(shè)計前期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題。同時能通過斷面分析解決方案，有效指導(dǎo)后期3D數(shù)據(jù)制作，大大提升開發(fā)效率。此方法為內(nèi)飾結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一個新的思路，開發(fā)過程中也可以2D、3D結(jié)合分析，能更加精確分析問題，尋找解決對策。文中以門檻飾板卡接裝配為例說明，此方法可運(yùn)用于其他零件的安裝校核工作。