基于尺寸工程的輥壓窗框分析與優(yōu)化

陸劍峰,羅鳳平,王地川

(寧波吉利汽車研究開(kāi)發(fā)有限公司長(zhǎng)興分公司，浙江長(zhǎng)興 313100)

0 引言

隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，針對(duì)整車的造型、功能、經(jīng)濟(jì)性等各方面的要求越來(lái)越高，而質(zhì)量控制涉及到這其中的方方面面，并且在制造過(guò)程中，控制尺寸是控制質(zhì)量的主要手段。由于輥壓窗框成本較低，因此很多經(jīng)濟(jì)型汽車都選用輥壓窗框，但是由于它工藝復(fù)雜，所以尺寸的控制較為困難，往往會(huì)因?yàn)槌叽缙钤斐裳b配間隙不均勻、功能異常等問(wèn)題。以往很多汽車項(xiàng)目注重后期的調(diào)試而忽視前期的設(shè)計(jì)優(yōu)化，往往會(huì)造成后期調(diào)試及返修工作量大。因此，本文作者通過(guò)分析輥壓窗框的尺寸以及以往項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)反饋，對(duì)輥壓窗框在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)階段的尺寸優(yōu)化提供一些建議，達(dá)到提升輥壓窗框質(zhì)量的目的。

1 輥壓窗框介紹

1.1 輥壓窗框的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

輥壓窗框有兩種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，分別為開(kāi)口式窗框與閉口式窗框，兩者之間的區(qū)別在于有無(wú)下部的加強(qiáng)橫梁，圖1示出某車型閉口式窗框。輥壓窗框本體通常由輥壓件拼焊而成，再輔以后視鏡安裝板等沖壓件。窗框在整車上的作用主要為：外觀匹配、后視鏡/飾板安裝、密封條安裝、玻璃導(dǎo)槽功能等，其在整車上的位置為顧客視覺(jué)最敏感的區(qū)域之一，因此它的尺寸對(duì)整車外觀有著重要的影響。

圖1 某車型輥壓窗框(閉口式)

1.2 輥壓窗框的工藝

輥壓窗框的工序眾多，通常輥壓窗框的工序主要包含：輥壓、拉彎、沖壓、包邊、鋸切、角焊焊接、總成焊接、打磨、矯形、挫修、檢驗(yàn)等。輥壓窗框之所以成本較低，很大原因也是由于輥壓工藝生產(chǎn)效率高，節(jié)省材料[1]。另外，它的焊接由于結(jié)構(gòu)關(guān)系常以燒焊為主，而燒焊工藝的熱變形對(duì)尺寸有著較大的影響。

2 輥壓窗框尺寸分析

從以往項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)反饋來(lái)看，兩種輥壓窗框的結(jié)構(gòu)對(duì)尺寸的影響各有優(yōu)劣，開(kāi)口式的優(yōu)點(diǎn)在于窗框的開(kāi)口尺寸可以通過(guò)夾具調(diào)整，但是來(lái)料尺寸非常不穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)返修率很高。閉口式的優(yōu)點(diǎn)在于來(lái)料尺寸穩(wěn)定，但是現(xiàn)場(chǎng)不易調(diào)整開(kāi)口尺寸，對(duì)供應(yīng)商的質(zhì)量保證能力要求較高。下面以某車型的閉口輥壓窗框舉例說(shuō)明輥壓窗框尺寸最難保證的區(qū)域以及最終體現(xiàn)在整車上的缺陷。

2.1 理論計(jì)算

以某車型輥壓窗框?yàn)槔叽缭O(shè)計(jì)階段給輥壓窗框的外觀輪廓匹配面的公差為±0.6，與之相匹配的車門內(nèi)板的公差為±0.5，通過(guò)3DCS軟件三維建模仿真分析，輥壓窗框與門內(nèi)版焊接后，窗框上部Y向由于杠桿原理放大偏差，尖角位置6σ達(dá)到了4.14，無(wú)法滿足車門總成±0.7的公差要求。圖2示出輥壓窗框與門內(nèi)板焊接仿真分析結(jié)果示意。

圖2 仿真分析結(jié)果

2.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

通過(guò)搜集某車型車門總成的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，分析計(jì)算后得到窗框尖角區(qū)域面差點(diǎn)6σ為3.74(21臺(tái)份樣本)，實(shí)際制造的尺寸精度無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。由實(shí)際制造結(jié)果看，窗框區(qū)域尺寸不穩(wěn)定，匹配難度大，需要重點(diǎn)關(guān)注，提前制定優(yōu)化方案，保證整車目標(biāo)達(dá)成。圖3示出某車型窗框尖角處實(shí)際測(cè)量結(jié)果。

圖3 窗框尖角處實(shí)際測(cè)量結(jié)果

2.3 整車常見(jiàn)缺陷(窗框區(qū)域)

通過(guò)對(duì)標(biāo)搜集部分車型的尺寸問(wèn)題，并梳理歸納出了與輥壓窗框有關(guān)的問(wèn)題。主要有以下幾項(xiàng)：(1)B柱區(qū)域面差/間隙不均；(2)后三角窗與后門窗框面差/間隙不均；(3)后視鏡底座/前三角窗與前門窗框面差高低不平；(4)前后門窗框頂部不對(duì)齊；(5)前后門水切不對(duì)齊。圖4示出以上問(wèn)題的區(qū)域。

圖4 問(wèn)題區(qū)域

3 輥壓窗框尺寸優(yōu)化

以上列出的常見(jiàn)尺寸缺陷，在后期往往只能依靠人工返修來(lái)解決，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至可能會(huì)造成停線，而通過(guò)提前介入，通過(guò)一些尺寸優(yōu)化的手段例如定位優(yōu)化、公差調(diào)整等，則可以降低后期匹配難度，減少以上問(wèn)題發(fā)生的概率及返修率，下面分別從造型、產(chǎn)品、尺寸、工藝等幾大方面出發(fā)闡述一些窗框尺寸的優(yōu)化手段。

3.1 造型設(shè)計(jì)

在汽車造型階段，尺寸部門需要對(duì)造型數(shù)據(jù)進(jìn)行同步工程分析，以規(guī)避和減少工業(yè)化階段所帶來(lái)的潛在尺寸風(fēng)險(xiǎn)[2]，因此造型的設(shè)計(jì)往往直接影響到后期的匹配難度，比如前后車門中縫，既有面差要求又有間隙要求，而且處于顧客視覺(jué)最敏感的區(qū)域，偏差過(guò)大會(huì)嚴(yán)重影響視覺(jué)美感，降低顧客購(gòu)車意愿。

窗框區(qū)域部分位置可以通過(guò)造型設(shè)計(jì)來(lái)弱化視覺(jué)感知，比如窗框上部與側(cè)圍上部面差匹配區(qū)域造型設(shè)計(jì)較大的落差，而不是完全齊平，以此來(lái)降低視覺(jué)敏感度。此外，該區(qū)域的間隙由于有密封條的存在也被相對(duì)弱化，因此窗框上部與側(cè)圍上部的間隙面差的匹配難度大大降低。另外，其余區(qū)域比如水切與車門外板的面差、后門與后三角窗的面差、后視鏡與側(cè)圍A柱的面差等均可通過(guò)類似的造型設(shè)計(jì)進(jìn)行弱化。圖5示出窗框上部與側(cè)圍的面差。

圖5 窗框上部與側(cè)圍的面差

3.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

輥壓窗框是由多個(gè)零件焊接組成，并且窗框總成與門內(nèi)板的焊接面也眾多，因此在造型確定之后還可以通過(guò)簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)降低后期匹配風(fēng)險(xiǎn)。比如可以取消窗框上附帶的小件，將小件放在門內(nèi)板上焊接，簡(jiǎn)化窗框結(jié)構(gòu)；盡量減少X及Z向的焊接面，可降低干涉風(fēng)險(xiǎn)；避免窗框與內(nèi)板大面積匹配，降低零件共面度要求等。圖6示出輥壓窗框結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示例。

圖6 輥壓窗框結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示例

3.3 尺寸設(shè)計(jì)

從定位角度出發(fā)，普通零部件通常采用定位銷、定位面的定位方式，以往很多車型輥壓窗框同樣采用該方式。但是零件公差由整車DTS(尺寸公差技術(shù)規(guī)范)逐步往下分解，原則上分配到單件的尺寸公差會(huì)比較苛刻[3]，并且由于輥壓窗框工藝復(fù)雜，實(shí)際制造能力受到限制，因此如果依舊采用上述定位方式將導(dǎo)致較大的公差累積。因此，為了減少公差累積，可以用整車匹配要求高的輪廓作為定位點(diǎn)，把匹配輪廓的尺寸公差置零，將公差累積釋放到非關(guān)鍵區(qū)域。圖7示出輥壓窗框的兩種定位方案。

圖7 輥壓窗框的兩種定位方案

從公差角度出發(fā)，為了降低后期匹配難度，對(duì)部分關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行公差的調(diào)整以滿足最終整車要求。比如B柱區(qū)域外觀輪廓公差改為0.6；與門內(nèi)板焊接區(qū)域增加復(fù)合公差0.5。另外，為了快速進(jìn)行判斷零件是否滿足公差要求，可以在主機(jī)廠內(nèi)復(fù)制一套檢具。

3.4 工藝設(shè)計(jì)

輥壓窗框角焊夾具的定位采用單件檢測(cè)定位點(diǎn)，保持制造基準(zhǔn)與檢測(cè)基準(zhǔn)一致，以便于測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)性分析。

輥壓窗框總成焊接夾具的定位采用輪廓定位，與總成檢測(cè)定位保持一致，縮短尺寸鏈。此外，在總成焊接夾具上可設(shè)置精導(dǎo)向，并且與零件保留(0.5±0.1)mm的間隙，使夾具具有檢測(cè)功能，當(dāng)零件與精導(dǎo)向干涉無(wú)法放入夾具時(shí)，即可識(shí)別缺陷零件，避免使用變形或超差的零部件，降低廠內(nèi)返修量。

對(duì)于輥壓窗框總成夾具的夾緊順序，通過(guò)調(diào)節(jié)氣缸速度優(yōu)先夾緊B柱、C柱等關(guān)鍵匹配區(qū)域，降低夾緊順序?qū)@些位置的影響。對(duì)于窗框總成焊接順序，優(yōu)先焊接對(duì)接區(qū)域，再焊接搭接區(qū)域，減少燒焊冷卻過(guò)程產(chǎn)生的零件變形。對(duì)于窗框總成與門內(nèi)板的焊接順序，優(yōu)先焊接前后的Y向定位焊點(diǎn)，再焊接其余Y向，然后焊接其余方向的焊點(diǎn)。圖8示出某車型輥壓窗框總成焊接夾具。

圖8 某車型輥壓窗框總成焊接夾具

3.5 供應(yīng)商管理

輥壓窗框的質(zhì)量與供應(yīng)商的質(zhì)量保證能力直接掛鉤，因此選擇實(shí)力較強(qiáng)、口碑較好的供應(yīng)商是十分重要的。確定供應(yīng)商之后，需要盡早介入并全程跟蹤供應(yīng)商的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，做好前期審核工作，比如確保圖紙、檢具、夾具的定位保持一致，檢測(cè)信息是否滿足圖紙標(biāo)注的要求等。到了交樣階段，需要提高供應(yīng)商質(zhì)量意識(shí)，確保供應(yīng)商按時(shí)提供零件檢測(cè)報(bào)告并確保報(bào)告真實(shí)可靠，并同時(shí)提供夾具/檢具精度、重復(fù)性報(bào)告，并且做好調(diào)試記錄，便于后期追溯。到了量產(chǎn)階段，需要確保供應(yīng)商繼續(xù)保持零件質(zhì)量，不降低監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，并按時(shí)提供檢測(cè)報(bào)告。

4 結(jié)束語(yǔ)

輥壓窗框的尺寸保證長(zhǎng)期以來(lái)都是一大難點(diǎn)，僅僅依靠后期匹配調(diào)試或返修來(lái)達(dá)到質(zhì)量目標(biāo)是治標(biāo)不治本的手段，而通過(guò)在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)階段就提前分析并介入，進(jìn)行一定程度優(yōu)化，可以大大降低后期的匹配調(diào)試難度，降低所需投入的資源，保證質(zhì)量的同時(shí)降低了制造成本。