车身尺寸控制设计规范

车身尺寸控制设计指南
1991 年， Menassa 和 Devries 在 Lee 和 Wilson 研究成果的基础上， 进行 更深入的研究， 利用有限元建模选择使工件在第一基准面法向的变形最小的夹具 定位布置。为确定最佳夹具定位布置，利用拟牛顿优化算法使有限元网格上的关 键节点的变形和平方合最小。设计变量是“3－2－1”定位原理所要求的第一基 准面上的三个定位点。虽然他们的研究考虑了夹具优化设计，但仍采用“3－2 －1”定位方案，未能讨论薄板件夹具设计的独特特性。 1993 年，Rearick，Hu 和 Wu 提出了一种综合运用非线性优化和有限元分 析的薄板工件的夹具设计和评估方法， 将优化结果用于一个代价函数分析来确定 装配工序中的最优夹具定位单元数。 代价函数将变形减小值与伴随所需增加夹具 定位点的代价相比较。 1996 年，Cai、Hu 和 Yuan 进一步提出了一种新的定位原理――“N－2 －1”定位原理，并证明了该定位原理与广泛应用与刚性件的“3－2－1”定位 原理相比，更适用与易变形薄板件的定位。根据“N－2－1”定位原理，提出了 夹具优化设计的算法，即利用有限元分析和非线性规划方法去找到最优的“N” 定位点，使的薄板件的总体变形最小，即：第一基准面上所需的定位点数 N（N ≥3） ，第二、第三基准面所需的定位点数为两个和一个，禁止在正反两侧同时设 置定位点。
第二章
车身尺寸控制的目的、现状及发展过程
2.1 车身尺寸控制的目的和现状
早在 20 世纪 80 年代末，日本就依靠全面质量管理（TQM）使其品牌产品 的车身制造综合偏差控制在 2mm 以内， 为日本轿车全面占领欧美市场奠定了基 础。90 年代初，美国轿车车身的制造综合偏差在 2 以上，显著高于日本当时的 车身制造水平（ 1 mm） ，为此，美国的轿车工业丢掉了 30％左右的国内市场。 随着为期三年的“2mm 工程”项目的有效实施，到 1996 年，美国的轿车车身 制造质量赶上了世界先进水平，并逐步夺回了原有的市场份额。欧洲轿车车身制 目前在提高车身制造质量方面也在进行着 造偏差的最好水平在 1.25 ～1.5mm， 不断的尝试与努力。 目前，我国汽车制造业处于快速发展阶段，但是轿车车身制造偏差还很不稳 定，平均在 5 mm 左右，远远落后于世界先进水平。为了提高我国的汽车制造 水平，使我国汽车车身质量尽快的赶上并超过国外先进水平，在与国外的汽车厂
在轿车冲压件中，回弹变形较大、回弹问题相对突出的主要是以下两类：
（1）
以弯曲为主要变形方式的类 U 形弯曲件，如各种梁结构件，由于这
类冲压件的 外形尺寸都比较大，又称大弯曲件。 （图 3－2 为奇瑞奇云系列轿 车的大弯曲件） （2） 以浅拉延为主要变形方式的小曲率件，如前后翼子板、前后门外板、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
概论
1.1 该指南的主要目的
该指南主要解决两方面的问题: (1)、车身尺寸控制的目的和应用范围； (2)、介绍车身尺寸控制的影响因素及应用。
1.2 该指南的主要内容
该指南从以下几个方面展开： （1） 、目前国内车身尺寸控制所面临的问题; （2） 、通过对尺寸偏差影响因素的分析来控制整车车身质量;
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图 3－3 奇瑞 A5 系列轿车的部分小曲率件
S12 左前纵梁外板后部本体在试制过程中回弹量较大，造成产品型面差，与 内板无法贴合。 （见图 3—4）
产品严重变形
图 3—4
S12 前纵梁后支板因回弹造成无法焊接。 （图 3-5）
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家竞争中不处于劣势，车身尺寸控制的研究就显得非常重要。
2.2 车身尺寸偏差控制方面国外所采用过的方法
2.2.1 面向制造过程的车身尺寸偏差控制
1. 基于偏差诊断的车身尺寸偏差控制 主成分分析（PCA，Principle Component Analysis）通过特征值求解确 定采用非相关变量集合 {z i } 表示相关多变量数据集合 {xi } 的线性变换，当与较大 特征值对应的若干非相关变量的方差足以近似代表原多变量数据方差时， 相应的 变换矩阵 A 的行向量，即主向量可以较容易的实现测量数据误差源的直观解释。 Wu 和 Hu 成功的使用主成分分析根据在线测量数据识别偏差模式；Hu 和 Wu 针对车门装配过程，借助与主成分分析、偏差向量的内积和 Mahalanobis 距离 分类器，提出两级故障模式的在线分类方法，实现偏差源的定位；Roan、Hu 和 Wu 首先利用装配过程特征和相干族分析，对轿车车身测点分组（案例） ，再 使用主成分分析识别案例的误差源。 Ceglarek 借鉴在线模式诊断系统， 提出基于知识的车身装配诊断系统方法， 以实现车身生产启动阶段的故障快速监测和定位。Ceglarek 和 Shi 进一步提出 将 PCA（统计知识）和夹具 CAD（工程知识）集成的夹具故障诊断方法，其关 键时夹具潜在失效模式构造、未知失效的偏差模式的确定和故障映射方式。潜在 失效模式采用夹具的 CAD 数据进行构造，未知失效的偏差模式由在线传感器测 量数据通过主成分分析确定，使用最小距离分类器实现优势方向的故障分类。从 而利用模式识别方法实现了未知偏差模式与夹具潜在失效模式间的匹配， 锁定夹 具误差源。 2. 基于自适应补偿的车身装配偏差控制
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Roan 和 Hu 提出了通过夹具调整实现车门缝隙优化装配的系统方法。首先 根据缝隙偏差、缝隙平行度和车身间缝隙的一致性，建立多目标约束优化模型， 确定车门的最佳装配方位；然后通过车门－车身夹具系统调整机构，实现车门装 配的最佳调整，控制参数使是夹具的调整量。 Ceglarek 报道了用于车门装配偏差补偿的 NetForm－Pierce（NF＆P）系 统。NF＆P 装配站位于车门吊装的前一道工序，根据误差补偿关键定位点位置 确定安装孔的位置，在车身和车门上冲制安装孔，以补偿前面各道工序所出现的 偏差。
另外，对于一个新产品而言，车身的制造过程又可分为试生产、生产启动、 单班生产及翻班生产四个典型的生产阶段。由于不同阶段生产的不同特点，在这 四个阶段影响制造稳定性的原因也有所不同。 车身制造过程控制方法由上述分析 可知车身制造过程的尺寸偏差是不可避免的， 但是如果采用科学的检测及分析方 法，尺寸的偏差可以得到有效控制，并且不断减少。
冲压件尺寸偏差影响因素
汽车冲压件成形质量的好坏不仅影响到整车装配、汽车外观，更影响到汽车 的制造成本以及新车型开发的周期。薄板冲压成形包含多种复杂物理现象，主要 有：接触碰撞现象;摩擦磨损现象；大位移、大转动和大变形现象；弹塑性变形 现象。
3.1.1 回弹所造成的影响
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发动机罩外板、行李箱盖外板、顶盖等，以及与之相应的内覆盖件。 （图 3－3 为奇瑞 A5 系列轿车的部分小曲率件）
图 3－2 奇瑞奇云系列轿车的部分大弯曲件 1— 右前纵梁总成 2—左前纵梁总成 3—左后纵梁总成 4—右后纵梁总成
间隙大， 无 法焊接

图 3—5
3.1.2 减少回弹的措施
1. 选用合适的材料及改进零件局部结构 弯曲零件的回弹量大小与板料的机械 性能间有着直接的关系，采用弹性模量大、 屈服强度小的材料，可以减小回弹。对于 较硬的材料，弯曲成形前进行退火处理能 够减小回弹。采用加热弯曲方法，利用热 变形时材料的变形抵抗力下降、塑性增加 的特点，也可以减少回弹。 在弯曲零件的变形区压制合适的 加强筋（图 3－6）以改变变形区材料 应力、应变分布，不仅可以增加零件 的刚度，而且可以减小弯曲回弹量。 2. 补偿法 图 3－6 在弯曲变形区压制加强筋
第二章 车身尺寸控制的现状及发展过程……………………
2.1 2.2
车身尺寸控制的目的和现状………………………………… 1 车身尺寸偏差控制方面国外所采用的方法………………… 1 3 4 8
第三章 车身尺寸控制的影响因素……………………………
3.1 3.2 3.3 冲压件尺寸偏差影响因素…………………………………… 夹具对工件的影响……………………………………………
焊接变形……………………………………………………… 10
3.4 操作的影响……………………………………………………… 13
第四章
参考文献
车身尺寸控制技术总结…………………………………
13
…………………………………………………………………… 14
车身尺寸控制设计指南
第一章
车身尺寸控制设计指南
车身尺寸控制设计指南
时间：2006.05.19 编制： 车身部 车身结构科
目录 第一章 概论……………………………………………………………
1.1 1.2 1
该指南的主要目的…………………………………………… 1 该指南的主要内容…………………………………………… 1 1
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1983 年，根据螺旋理论，Salisbury 和 Roth 研究了七种不同类型的指状接触， 并建议用指状外形去完全固定夹紧物体。1987 年，Ohwovoriole 利用扩展的螺 旋理论就刚体的全部或局部约束分析了有摩擦夹紧。1989 年 Chou 提出了用于 棱柱形工件的加工夹具自动布置的数学理论。 1990 年， Bausch 和 YoucefToumi 讨论了各夹具定位接触阻止工件相互螺旋运动的能力， 并提出了一种用于夹具设 计的工件运动约束方法。1991 年，Weill 利用小螺旋模型考虑了夹具定位误差 对工件几何精度的影响。 1994 年， DeMeter 在夹具约束分析中研究了表面接触 和摩擦问题。1994 年，Sayeed 和 DeMeter 开发出了考虑动态约束、完全夹紧 和刀具路径偏差的夹具设计和分析软件。可以说，夹具设计的螺旋理论已经用于 处理确定定位和完全夹紧问题以及定位质量、接触类型和摩擦等问题，并取得了 明显成绩。 3. 薄板柔性件焊装夹具定位原理与优化设计 对于易变形薄板， 定位夹具除了具备限制零件刚体运动的基本功能外， 还必 须能够限制过多的工件变形。 1987 年，Lee 和 Haynes 提出了一种用于柔性定位夹具的夹具系统分析的 有限元模型，加工过程的加工力，可看作是作用与节点的力。基于该模型，可以 计算出工件变形、夹紧力和应力分布，可运用库仑摩擦定律去计算工件与夹具定 位单元间接触处的摩擦力。 1988 年，Youcef－Toumi 提出了一种薄板夹具定位分析的方法。他们研究 了用于平板和壳体的三点和四点夹具定位系统， 夹具布置必须使得工件中的应力 低于材料的屈服应力。然而，这种方法并没有解决薄板夹具的本质问题，因为减 小变形使薄板件定位的关键所在。
2.2.2 面向设计的车身装配尺寸偏差控制
夹具的优化设计 1. 形闭合和力闭合 夹具设计的中心问题就是选择最优定位点数， 并确定它们的最佳位置以实现 工件的确定约束定位。 1885 年，Reuleaux 首先研究了二维工件的闭合机制，证明了形成二维物 体的形闭合必须有四个定位点。之后，Somoff 证明了三维物体的形闭合需要七 个定位点。1978 年，Lakshminarayana 从静态平衡角度利用代数理论，进一步 证明了三维工件的形闭合至少需要七个定位点。1988 年，Nguyen 研究了机器 手力闭合机制，1989 年，Asada 和 Kitagawa 研究了用于凸形和凹形工件的机 器手的形闭合。 2. 螺旋理论 螺旋理论将三维工件的三维空间运动描述为沿某一方向的平移和绕这一轴 线的转动。最初由 Ball 提出，并得到 Waldron、Ohwovoriole 和 Roth 的发展。
第三章
车身尺寸控制的影响因素
车身焊装质量的优劣对整车质量起着决定性的作用， 焊装尺寸偏差直接影响 到最终汽车产品的质量，如密封、噪声、寿命、动力性和外观等。 其尺寸偏差主要源于以下几个方面(如图 3－1)：
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图 3－1 冲焊件尺寸偏差影响因素
★ 零件本身的偏差。 ★ 工装、夹具定位的不稳定性。 ★ 焊装变形。 ★ 操作及工艺的影响。 ★ 零部件间的干涉。