基于3DCS的某朝天縫車型前保與機(jī)蓋間隙的方案對(duì)比分析

王洪濤,夏文科,陳正

吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江寧波 351101

0 引言

在汽車消費(fèi)市場(chǎng)日益激烈的環(huán)境下，為了滿足消費(fèi)者對(duì)整車尺寸加長(zhǎng)的要求，各主機(jī)廠相繼推出前臉朝天縫的車型，而朝天縫車型前保與機(jī)蓋的間隙面差匹配一致性也一直是行業(yè)內(nèi)難以徹底解決的難題。影響前保與機(jī)蓋間隙匹配效果的主要因素包括：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、零部件單品的制造精度、車身焊接的工序精度、工藝工裝的加工制作水平等。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、定位策略和裝配方式的不同都會(huì)導(dǎo)致尺寸鏈環(huán)的不同。如果一味地提高零部件單品精度和工藝水平，會(huì)導(dǎo)致制造成本的增加，況且實(shí)際生產(chǎn)中也很難控制零部件的穩(wěn)定性。因此，本文對(duì)兩種方案進(jìn)行了對(duì)比，并利用3DCS三維建模仿真分析軟件，在設(shè)計(jì)初期通過(guò)輸入零部件定位和公差信息，根據(jù)總裝工藝流程圖運(yùn)用過(guò)程統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行蒙特卡羅樣本量的虛擬裝配。通過(guò)3DCS模型對(duì)比，得出靠機(jī)蓋前部外輪廓邊緣定位的策略計(jì)算超差率為0.06%，小于5%，符合公司尺寸技術(shù)規(guī)范(dimensional technical specification，DTS)設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)投產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，并通過(guò)機(jī)蓋前部外輪廓邊緣定位，可以使前保與機(jī)蓋的間隙達(dá)到3.4～4.0 mm，一致性小于0.8 mm，滿足DTS設(shè)計(jì)要求。因此，靠機(jī)蓋前部外輪廓邊緣定位方案提高了朝天縫車型前保與機(jī)蓋間隙的匹配質(zhì)量，也降低了前保反復(fù)修模和調(diào)整焊裝工藝精度的制造成本，縮短后期裝配的匹配周期。

1 兩種前保的定位方案

某車型前保與機(jī)蓋的裝配如圖1所示。

圖1 某車型前保與機(jī)蓋的裝配

朝天縫車型前保與機(jī)蓋的匹配區(qū)域，一般都包括前保總成、前端模塊(front end module,FEM)總成、翼子板總成和機(jī)蓋總成等4個(gè)重要的零部件。

1.1 翼子板大燈安裝孔工裝定位方案

前保工裝在車身上的定位，是通過(guò)前部定位銷和工裝支撐面在翼子板大燈定位孔上分別定向和向，而工裝的后部向靠平衡器定位，如圖2所示。

圖2 前保工裝在車身上定位示意

前保總成在工裝上的向定位是通過(guò)4個(gè)定位孔定位在工裝上的，如圖3所示。

圖3 前保在工裝上定位示意

1.2 靠機(jī)蓋前部外輪廓邊緣定位方案

靠機(jī)蓋外輪廓定位工裝，先定位到汽車前端模塊上部向面上并壓緊，保證工裝的穩(wěn)定可靠。關(guān)閉機(jī)蓋將前保手持式工裝上的4個(gè)向限位塊貼緊機(jī)蓋，在限位塊貼緊機(jī)蓋的同時(shí)，鎖止機(jī)構(gòu)已將限位塊鎖緊(工裝分動(dòng)靜兩塊，動(dòng)塊靠機(jī)蓋定位，靜塊定位FEM上)，前保工裝在FEM上定位如圖4所示。裝配前保總成，將前保與機(jī)蓋匹配外輪廓貼緊工裝向4個(gè)限位塊上并打緊螺栓。

圖4 前保工裝在FEM上定位示意

前保靠機(jī)蓋通過(guò)工裝裝配示意如圖5所示。

圖5 前保靠機(jī)蓋通過(guò)工裝裝配示意

2 3DCS仿真對(duì)比分析

2.1 仿真模型的建立

前保與機(jī)蓋匹配仿真分析涉及側(cè)圍總成、后門總成、前門總成、翼子板總成、機(jī)蓋總成、FEM總成、前保總成等零部件。將以上總成數(shù)據(jù)先處理成CATIA 格式，并導(dǎo)入到3DCS軟件中，按照實(shí)際裝配流程圖對(duì)各部件進(jìn)行裝配并對(duì)每個(gè)部件按照?qǐng)D紙賦予公差值，最后運(yùn)行計(jì)算測(cè)量結(jié)果。前保與機(jī)蓋匹配處測(cè)點(diǎn)位置如圖6所示。

圖6 前保與機(jī)蓋匹配處測(cè)點(diǎn)位置

2.2 仿真模型的公差輸入

前保兩種定位策略，需要針對(duì)兩個(gè)模型分別賦予相對(duì)應(yīng)的公差值。

如圖7所示，方案1涉及機(jī)蓋匹配面、機(jī)蓋與翼子板匹配面、前保工裝定位孔、機(jī)蓋與翼子板DTS返修處、前保匹配面及工裝定位孔等11個(gè)尺寸公差；而方案2僅僅涉及機(jī)蓋匹配面和前保匹配面的輪廓度等4個(gè)公差，方案2如圖8所示。

圖7 翼子板大燈安裝定位孔工裝(方案1)

圖8 靠機(jī)蓋前部外輪廓定位工裝(方案2)

2.3 仿真分析計(jì)算結(jié)果

仿真計(jì)算的次數(shù)(樣本量)為5 000個(gè)樣本數(shù)量，并假定建模中所有零件不會(huì)由于材料性能而產(chǎn)生變形，即視為剛體。前保與機(jī)蓋向間隙DTS GAP計(jì)算目標(biāo)值為匹配處公差滿足±1.5 mm，計(jì)算結(jié)果超差率不大于5.0%，可認(rèn)定滿足DTS設(shè)計(jì)要求。兩種方案計(jì)算結(jié)果如圖9和圖10所示。

圖9 翼子板大燈安裝孔工裝定位計(jì)算結(jié)果

圖10 靠機(jī)蓋前部外輪廓工裝定位計(jì)算結(jié)果

根據(jù)兩個(gè)數(shù)模運(yùn)行計(jì)算結(jié)果可以看出，靠翼子板大燈安裝孔工裝定位方案計(jì)算超差率為6.08%，大于5%，不滿足DTS設(shè)計(jì)要求；而靠機(jī)蓋外輪廓定位的方案超差率為0.06%，小于5%，滿足DTS設(shè)計(jì)要求。因此，通過(guò)3DCS虛擬仿真分析可以確定只有用靠機(jī)蓋前部外輪廓定位的方案才能很好地滿足后期匹配要求。

3 工裝重復(fù)性驗(yàn)證及實(shí)車匹配驗(yàn)證

針對(duì)某朝天縫車型前保與機(jī)蓋間隙匹配處位置進(jìn)行工裝重復(fù)性驗(yàn)證，并記錄測(cè)量的數(shù)據(jù)。前保與機(jī)蓋匹配處測(cè)點(diǎn)位置如圖11所示。

圖11 前保與機(jī)蓋匹配處測(cè)點(diǎn)位置

前保工裝重復(fù)性驗(yàn)證在車身上進(jìn)行，反復(fù)拆裝前保5次，測(cè)量前保與機(jī)蓋間隙實(shí)際值，數(shù)據(jù)見表1。由表可知，前保工裝的重復(fù)性為0.3，滿足使用要求。

表1 前保工裝重復(fù)性驗(yàn)證數(shù)據(jù)(間隙) 單位:mm

靠機(jī)蓋外輪廓定位裝車批量驗(yàn)證，從中抽出10臺(tái)，并進(jìn)行DTS測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)如圖12所示，實(shí)車DTS間隙在3.4～4.0 mm之間，一致性小于0.8 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖12 實(shí)車DTS間隙測(cè)量數(shù)據(jù)折線

4 結(jié)束語(yǔ)

文中通過(guò)3DCS仿真軟件對(duì)翼子板大燈安裝定位孔工裝定位和靠機(jī)蓋前部外輪廓邊緣定位等兩種定位方案進(jìn)行分析，得出靠機(jī)蓋前部外輪廓邊緣定位的方案超差率為0.06%，小于5%，符合DTS設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)投產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，并通過(guò)機(jī)蓋前部外輪廓定位，可以使前保與機(jī)蓋的間隙達(dá)到3.4～4.0 mm，滿足DTS設(shè)計(jì)要求。因此，朝天縫車型前保與機(jī)蓋間隙通過(guò)靠機(jī)蓋前部外輪廓邊緣定位，縮短了尺寸鏈環(huán)，解決了朝天縫車型前保與機(jī)蓋間隙不均的問(wèn)題，在提升整車精致感質(zhì)量的同時(shí)，也降低了制造成本。