基于尺寸工程的D柱饰板与侧围饰板间隙分析

刘妍 张浩 段宏艳

（华晨汽车工程研究院）

尺寸工程又叫尺寸管理，是以既定或预期的制造能力为出发点，开发合理的定位、合理地分配和制定公差及设计恰当的加工、装配工艺以使产品达到既定的匹配和功能要求，并且通过应用尺寸链分析或公差虚拟仿真技术，对尺寸设计和尺寸要求进行风险评估和预防的一系列活动。对于汽车间隙配合的研究是尺寸工程一项非常重要的工作，间隙配合是汽车外观美学的重要组成部分，间隙配合的好坏直接影响了客户对于整车质量的评价。文章通过一系列尺寸手段对试生产过程中出现的D柱饰板与侧围饰板间隙配合过大的问题进行了分析，探讨了定位方式对间隙配合的影响，从尺寸工程角度给出了保证间隙配合的优化方案。

1 问题描述

某项目试生产过程中，D柱饰板与侧围饰板分别通过卡扣装配到车身上以后，两零件配合区域尖角处的间隙值超过了质量特性中要求的范围，且此区域掀开尾门即可见，影响客户对整车外观美学质量的评价。间隙过大区域，如图1所示。

图1 D柱饰板与侧围饰板间隙过大区域示意图

2 问题调查

2.1 输入文件

2.1.1 质量特性要求

质量特性文件中D柱饰板与侧围饰板的间隙要求，如表 1 所示[1]。

表1 D柱饰板与侧围饰板的间隙要求 mm

2.1.2 零件定位以及公差分配

零件定位以及零件的公差是尺寸链分析的基础，由设计部门输入。D柱和侧围饰板的定位及公差，如图2和图3所示[2]。

图2 D柱饰板定位点及公差位置示意图

图3 侧围饰板定位点及公差位置示意图

2.2 尺寸链分析

在运用2维尺寸链计算方法进行装配偏差分析之前，有2个方面的假设[3]：1）所有的零部件都是刚体，不存在自身变形；2）除非特别给定，所有的特征点公差服从正态分布。

对D柱饰板与侧围饰板Z方向的装配偏差进行计算，尺寸链链环，如表2所示。

表2 D柱饰板与侧围饰板Z向间隙公差计算尺寸链链环 mm

利用均方根法将尺寸链中的各个尺寸公差叠加，验证设计是否满足装配要求，计算过程为：

由表1中的公差设定可知，质量特性中D柱饰板与侧围饰板的间隙公差目标值为1.2 mm。由于计算结果1.18 mm＜1.2 mm，因此D柱饰板与侧围饰板在Z方向上的间隙公差在理论上满足要求。

2.3 车身安装孔、D柱饰板和侧围饰板调查

D柱饰板与侧围饰板间隙过大原因分析[4-5]，如表3所示。

表3 D柱饰板与侧围饰板间隙过大原因分析

D柱饰板与侧围饰板在车身主检具上检查合格。对D柱饰板和侧围饰板在车身上的安装点（控制Z向）使用三坐标测量，测量位置，如图4所示；其测量结果，如表4所示。由表4可知，车身安装点合格，满足公差要求。

图4 D柱饰板和侧围饰板在车身上安装点（控制Z向）测量位置示意图

表4 D柱饰板和侧围饰板在车身上的安装点（控制Z向）的测量结果 mm

3 整改优化

3.1 问题分析

由上述分析可知，在所有因素都满足设计要求的前提下，理论上不会出现间隙过大的问题，因此需要考虑是否设计本身存在缺陷。经分析发现，D柱饰板的定位本身存在一定缺陷。

3.1.1 缺陷1

主次定位距离较近，不满足定位距离尽量远的原则，当主次定位在Z向上存在高度差时，会导致零件旋转，放大尖角处间隙，导致缺陷产生，如图5所示。图5中，X1为主次定位X向相对距离；Z1为主次定位Z向相对距离。

图5 D柱饰板主次定位Z向高度差导致零件旋转

从图5可以看出，D柱饰板的X1较近（不符合定位距离尽量远的原则），不利于D柱饰板在Z向上的定位，当Z1波动时会对尖角处的间隙缺陷产生放大的效果。

3.1.2 缺陷2

D柱饰板控制Z向的定位点并没有设置在有功能要求的区域（即有间隙要求的区域），定位点距离功能区域较远，不利于保证功能（即间隙要求），如图6所示。

图6 D柱饰板功能区域示意图

D柱饰板的功能区域为与侧围饰板的配合区域，此区域位于D柱饰板的下部，因此需要控制间隙的定位点位于D柱饰板的下部区域，且应离功能区域尽可能近，以保证功能的实现。

3.2 优化方案

针对D柱饰板存在的定位缺陷问题，提出相应的定位优化方案，如图7所示。与图6相比，优化后的D柱饰板主次定位之间的距离做到了尽量远离，并且距离有功能要求的区域较近，保证了功能的实现。

图7 D柱饰板优化后的定位示意图

4 结论

通过对D柱饰板与侧围饰板间隙过大问题的研究，利用尺寸链计算、公差分配以及零件定位等尺寸手段对此问题进行的分析验证，可以看出零件定位方式的正确与否对最终装配车辆的外观美学有着重要的影响。通过对零件定位方式的优化，解决了试生产过程中车间提出的总装问题。在后续的项目工作中如果再遇到类似的问题，除了要对各个相关零件的尺寸进行确认外，更应该基于功能考虑来对零件定位方式的合理性进行分析。