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白车身精度公差分配.pdf

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1、论文分类号 U463.82 单 位 代 码 10183 密 级 内部 研 究 生 学 号 2994106 吉 林 大 学 硕 士 学 位 论 文 车身容差分配工程设计研究 RESEARCH OF BIW PROCESSING TOLERANCE DESIGN 作者姓名:田永鑫 专 业:车辆工程 导师姓名 及职称:张建文 副教授 论文起止年月:2001年5月至2002年5月 提 要 随着中国加入世界贸易组织中国的汽车工业开始融入全球的竞争之中入世成为中国汽车工业的巨大推动力量使它的发展进入了一个全新的时期同时也将面临严峻的考验在如此激烈的市场竞争中若想占有一席之地就必须具有过硬的产品质量先进的技

2、术水平才能不断地发展自己巩固自己才能适应新形式的需要在发展中立于不败之地因此如何在设计阶段提高白车身制造质量在当前就显得尤为重要 本文以汽车车身容差分配工程设计为研究内容以工作站CATIA软件为工具以哈飞集团HFJ6390 HFJ6352车为工程应用对象探索提高白车身制造质量的新方法 汽车车身容差分配工程设计研究为哈飞集团2001年度科研生产攻关项目该项攻关于2001年年底通过验收该项攻关具有理论创新和现实工程意义其中设计表格化公式规范化分析程序化的工程特点使其在新车工艺技术准备中普遍应用促进了哈飞汽车事业蓬勃发展 目 录 第一章 绪论.1 1.1 车身制造技术的发展1 1.2 白车身研试制现

3、状2 1.3 论文选题3 1.4 论文的工作3 第二章 白车身外观品质的研究方法4 2.1 外观公差的标定.4 2.2 适用制造公差的程序.7 第三章 容差分配理论.8 3.1 背景.8 3.2 概念.9 3.3 理论基础.10 3.4 容差分配的范围.10 3.5 容差分配的计算方法.11 3.6 容差分配工程应用实例.16 3.7 容差分配因素的确定.18 3.8 容差分配的作用.19 第四章 零件制造公差的设定20 4.1 宗旨.20 4.2 适用范围20 4.3 含义.20 4.4 决定制造公差的条件.21 4.5 设定制造公差所需基准.21 第五章 移动公差的设定31 5.1 宗旨.

4、31 5.2 移动公差的含义.31 5.3 适用范围.31 5.4 决定移动公差.31 5.5 表示移动公差 32 5.6 移动公差的类型及必须设定移动公差的零件32 5.7 设定移动距离35 5.8 对检具的移动公差36 第六章 制造基准的定位方案研究.38 6.1 制造基准的含义38 6.2 对制造基准的分析方法38 6.3 决定制造基准时所需的资料和需要检查的项目39 6.4 制造基准的类型及其功能40 6.5 决定制造基准时的顺序41 6.6 制造基准的定位方案42 第七章 结论47 参考文献.49 致谢.52 摘要.53 第一章 绪论 1. 1车身制造技术的发展 一部好的汽车特别是高

5、档次的轿车给人们的第一印象即是它的外表汽车车身,然而在其背后体现这非凡立体画面的却是汽车车身制造工程技术 七八十年代车身制造所用的工艺装备如冲压模具焊接夹具验具等均采用模线样板工作法存在协调路线长易产生不协调现象尺寸形成过程的全过程影响产品和工艺装备的制造准确度尺寸形成过程愈长误差环节愈多则累积误差的误差愈宽精度愈低那一时代汽车车身质量都不是很精良 八十年代之后随着CAD/CAM/CAE的广泛应用车身制造技术的方法和手段得到了极大的丰富和发展汽车车身工艺质量得到保证各厂家批生产时每日也进行白车身的三坐标抽检汽车制造技术正经历着深刻激烈的变革在机遇和挑战面前都力图打造精品车身 1.1.1 “2m

6、m”工程 八十年代在美国的电视广告上日本人将轴承放在某款日本轿车翼子板和前机盖的缝隙中轴承滚轮缓缓滚下无卡滞偏离美国人为之震惊从此日本汽车大举进军美国市场正是工艺出精品精品出效益 此后美国汽车界开始研究其中的奥妙于90年代初形成的“2mm”工程理论理论的核心为合理的分配和有效的控制车身制造精度如外观阶差间隙分配给冲压件或焊接组件产并反映到模具和夹具上使车身关键点的累积误差控制在1m之内 在国内长安集团和上海交通大学合作率先在长安之星车使用此项技术并取得成功之后各厂家因地制宜纷纷效仿如哈飞集团根据车身制造特点利用CATIA工作站选取重要工艺分离面的关键点重要成品件的安装点各车门的配合点利用三坐标

7、测量机对白车身进行连续监控分总成分期定量检测零件分批上检验胎检查等不同检测方法进行检查对测量结果利用工作站CATIA微机CAD进行技术及数理统计分析总结规律查问题制定对策整改 1.1.2在线检测系统 随着激光测量技术的发展,其成功地在焊接生产线上应用,在焊接生产线末端设一工位安装在线检测系统将激光束打在车身上利用光学传感器回收信号通过计算机算出测量点实际坐标并和理论坐标进行对比分析超差时可报警实现了车身质量管理点100%控制此套装置已在天津夏利2000生产线上应用 1.2白车身研试制现状 中国已加入WTO汽车行业面临着严峻的挑战各厂家纷纷推出新车型缩短研制周期体现着时间就是生命然而多数厂家白车

8、身开发周期长体现为冲压和焊装设备单动连动调试周期长零部件整改次数多 1. 3论文选题 白车身制造流程如图 研制冲压件焊接组件分总成白车身质量目标批生产整改NOYES图1-1 从流程图中可以看出整改次数越少则研制周期越短用来提升质量的费用减少这需要冲压件的预先设置的精度越高模具夹具验具定位基准统一合理对于各汽车制造厂家都是急需解决的问题因此需要一种根据车身装配特点设置冲压件精度和合理设置工程定位的方法 为了对上述问题能做出研究经立题哈飞集团批准为2001年度科研生产攻关项目项目名称汽车车身容差分配工程设计研究科研令号KJG-2001-183该项攻关于2001年年底通过验收该项攻关具有理论创新和现

9、实工程意义其中设计表格化公式规范化分析程序化的工程特点使其在新车工艺技术准备中普遍应用促进了哈飞汽车事业蓬勃发展 1. 4论文的工作 1.4.1建立容差分配理论,并依此对车身典型结构设定制造零件之公差和移动公差 1.4.2分析确定夹具合理的定位基准和定位形式的方法并如何反映到模验具上 第二章 白车身外观品质的研究方法 2.1外观公差的标定 每一款车都有其外观品质要求这在车身设计阶段加以标定如哈飞集团生产的赛马车 CJKDDJ IKIFEEHEEHFOOFFGC2BB21A1B BG2G211GAAANNLMML10.34.51.0-AB110.51.0B211.01.0B110.51.0B21

10、1.01.0间隙4.5 1.0阶差1.0 -0.5基准面B1-B1 B2-B21.018.01.0基准面间隙4.5 1.0阶差0.5 -1.0D-D7.81.09.01.0M-M24.41.010.61.0C-C4.5 1.0G1 10.51.0G2 10.81.0G1-G1 G2-G231.03 1.0图2-1 总计有15处SECTION因篇幅有限示意出6处其余间隙阶差如下表 10.6 1.0K-K9.0 1.024.4 1.0N-NO-O15.7 1.0-0.54.5 1.0+1.0M-ML-L24.4 1.0-224.4 1.07.8 1.08.0 1.001.01.01.019.7 1

11、.015.7 1.0-0.5H-HJ-JI-I3.5 1.0 1.010.0 1.020.3 1.0G1-G1G2-G2F-F3 1.03 1.04.5 1.0+1.03 1.0-1.00B2-B2D-DE-EC-C+0.54.5 1.05.6 1.018 1.0-1.010.6 1.04.5 1.0A-AB1-B1部 位4.5 1.04.5 1.010.3 1.0+1.0-0.5间 隙阶 差1.01.01.01.01.01.01.01.01.0平行度图2-2 此外要求间隙值衔接部位过渡自然光顺不得有内外拐点车门与车体外表面的水平棱线应对齐其偏移量不大于1.0mm各门框口牙边止口要求平齐 各门

12、外板加强件与各门外板平齐或低于外板0 1mm间隙值小于0.5mm前后风挡框口止口处内外板组焊后间隙各框口牙边及各车门牙边止口处内外板组焊后贴和间隙要求0 0.5mm 2.2适用制造公差的程序 在制造业中人们制造任何一个零部件都要达到一定的尺寸形状也就是精度问题人们围绕着精度结合材料环境方法采用不同的机械设备不断地研究人们解决质量的五个环节人机料法环主要就是围绕着尺寸精度去研究容差分配工作贯彻于焊接装配工作中更要将零件制造与总成装配及整车装配联系起来去研究容差分配的研究方法可用下图表示 容差分配流程图完 成容差分析BC检 验焊接总成C容差确定冲压件成形模夹具设计和制造B验具设计和制造YES设备结

13、构性等NOA 产品设计外观公差表车体结构分析可行性判断零组件检查基准书容差分配图加工基准和检验基准设定YESNO图2-3第三章 容差分配理论 3.1背景 汽车的生产经历了单件小批量流水线式如福特T型车及时至今日的经济规模大批量生产市场的需求和技术的进步推动了制造工艺技术的发展制造工艺技术也由单件照配的不完全互换到部分互换及目前的完全互换零部件的完全互换对缩短生产节拍提高效率保证整车制造质量是非常必要的 零部件的互换程度体现着汽车设计和制造的水平如HFJ6351B松花江中意车的零部件的互换程度明显优于HFJ6350车二者的生产效率和制造质量有目共睹我们不妨应用ISO9000族统计技术建立两个质量

14、控制的数学模型两图形的正态分布曲线代表工人的装配质量截取3处明显HFJ6351B车优于HFJ6350车企业界一直以达到3质量控制为目标应用3 质量控制原理当生产过程处于稳定状态时产品的合格率为99.73% 图3-1 既然提高互换性有如此的好处如何实现它呢 我们先从生产实际中举一例子白车身梁的套合产品图纸一般标注未注尺寸公差按ZBT04006.3-89标准执行工装设计制造也严格按标准执行但装车效果不良选取样本汽车数量尽量大假设工人装配因素稳定则装配质量满足正态分布正态分布数学曲线相对狭窄值较小显示装配质量差生产中装配强迫到位或使用木棰等辅助工具也就不足为奇了 因何出现这种效果其实行业标准给定的公

15、差只具有普遍意义而实际冲压焊装中影响公差的因素很多所以不考虑每个零件的装配特点而机械地执行行业标准产生不良的装配效果亦在情理之中 除套合情况外白车身的间隙阶差公差要求如何根据车身制造特点合理的分配给相应的零组件保险杠组合灯如何装配外观良好 3.2概念 基于大批量生产对生产效率和制造质量的要求,引出概念-容差分配国外也称容错理论 容差分配根据车身装配的特点期望满足完全互换综合考虑制造工艺性即组成部件的零组件结构及成形或焊装的复杂程度从而确定每个零组件制造时允许偏差的过程 公差狭义上讲指允许尺寸的变动量也即最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值尺寸公差=公差带宽度但人们对公差的理解比这个意义广

16、它即包括公差带宽度也包括公差带中点值或直接用上下偏差板L 来表示 容差即确定了公差带位置的公差也称公差在汽车飞机工艺制造中常把工艺容差简称容差它即包括容差带宽度也包括容差带中点值是由制造单位根据产品公差及自身生产条件所确定 公差和容差的区别如图套合梁容差体现一种方向趋势图3-2 而在自由公差下内外U形件无方向性 3.3理论基础 零件制造和产品装配存在的偶然误差都是随机变量研究随机变量的变化特性时须对随机变量进行数学处理随机变量取什么值是有一定的概率规律的这个规律具有可观测或可试验的频率意义随机变量X的方差D(X)来直接衡量X的分布分散程度不便于X的分布范围作比较因此常采用D(X)的平方根来作为

17、说明X的分布分散程度的特征,即)()( xDx = (X)称为X的分布均方差或标准差 m)()()(21212xDxNnxNnxxxmiiiiii= 对于不连续的随机变量其均方差为 )(2xDxdx =)()()()(22xxdxxxxx =+对于连续的随机变量其均方差为: )()()(21 nxxx222)(y += Y若干独立随机变量x1,x2,xn之和 =miixy1的平方根,即 以上仅概略的均方差(y)为各独立随机变量的方差(x1) (x2)(xn)的平方和的介绍了容差分配的概率论数理统计的原理知识其实容差分配涉及到物理学力学材料学计算机等等基础学科的知识 3.4容差分配的范围 车身容

18、差分配的范围包括点焊表面CO2熔焊表面螺柱焊涂胶表面车身内外表面对接或搭接表面孔位孔径梁套合保险杠装配风挡装配等等 3.5容差分配的计算方法 2222).().().().( partNpartCpartBpartA += 容差.5.1应用于单个零件或分总成的分配原则: 3对于三个以内的零件用均分法和容差法计算结果对比如下均分法容差法公差 A零件B零件A零件B零件要求 A零件B零件B零件C零件035 035 05 050.7 023 023 023 04 04 0405 05 07 071.0 033 033 033 058 058 058075 075 106 1061.5 05 05 05

19、 086 086 086产适用3-3C零件A零件适用单件小批量生于批量生产图 3.5.2例如如图外在公差要求0.5位置公差0.2 A B零件容差的设置有 图3-4 29.02)5.0(29.02)5.0(22=ZX为了获得满意的0.5公差容差分配给A B零件0.29 222)().).( PITCHpartBpartA +=容差222)2.0()29.0()29.0( += 2082.0= 5.045.0 = 3.5.3以HFJ6390松花江赛马车翼子板和前机盖的阶差间隙容差分配为例说明设计过程 1 在CATIA工作站中将翼子板和前机盖的产品数模进行装配选取典型断面投图如下 i0图3-5 SE

20、CTION 2依据容差分配计算公式进行容差分配初步计算 1.12)5.1(2)(22=间隙公差X 7.02)0.1(2)(22=阶差公差Y3将初步计算的结果标注在典型断面上 图3-6 4 基于当前综合制造技术水平设置相关装配部件精度,假设铰链为理想不可调整状态 图3-7 5根据初步计算结果进一步容差分配计算 ()()22安装部件公差初步容差结果容差= 图3-8 A()() 85.07.01.122=B()() 45.00.11.122=C ()() 7.007.022= D ()() 63.03.07.022= 6对计算出的零组件容差值进行数据处理根据当前制造技术水平如模夹具等进行可行性分析讨

21、论后得到确认在实践中遵循取整靠小的原则 (1) 前机盖总成收边包络线处阶差/间隙 0.7/0.85 0.7(阶差,间隙) (2) 翼子板表面形状阶差/间隙 0.63/0.46 0.5(阶差,间隙) 风罩上机盖铰链安装孔 (3)通Y位置公差 X 0.7(4) 通风罩上机盖铰链安装孔Z位置公差0.7 (5) 安装翼子板的墙板孔X Y位置公差1.0 (6) 安装翼子板的墙板孔Z置公差1.0 位()()() ) 50.149.10.7.05.07.02222+=间隙(1 =()()() 0.191.03.05.07.0222=+=阶差 7 校核 满足初始要求故翼子板和前机盖的阶差间隙容差分配计算完毕当

22、容差分配通过计算无法完成合理分配时应考虑产品尺寸的更改 8 形成容差分配单将容差分配结果标注在零部件图中作为技术文件下发以此作为工装制造的依据同时也作为零部件检验的依据参见图9 3.6容差分工程应用实 配例3.6.1容差分配计算单制作 HF2(HFJ6352)车为哈飞集团和意大利宾尼法瑞那公司联合设计开发的一款新车现选取HF2车侧围和后上角风挡处为例 图3-9 3.6.2 计算单的结果集中反映在单个零组件的容差分配单上下发给相关单位 30Y= 300.5Z=1.5X=1426.5校对设计审核X=734.8Y= 300Z=3.35300.7AP基准孔孔位AL重要端线较重要端线BL重要孔孔位基准孔

23、孔径重要孔孔径ADBDBP搭接焊接面外观面BFCFAF+-0.7+-0.7-容差分配PANEL MAIN FLOORAB510110010-+1BFBF-0.70.7+0.2AP 0.2AD00.7- +0BFBF1图3-10 3.7容差分配因素的确定 确定容差分配的因素是个复杂的过程,它需要一定的理论基础和丰富的实践经验, 容差分配因素的确定是容差分配设计的重要环节,一般有三种方法: 1.计算机仿真模拟,将装配或运动部件在计算机中进行装配模拟或运动模拟,确定主因素优水平 2.零部件真实装配利用实验优化技术进行正交或回归实验确定容差分配因素 3.经验的应用汽车产品结构有许多相似之处使得某些典型

24、结构形成数据库可反复灵活的应用 以上三种方法的使用因人而异也可交叉灵活使用 3.8容差分配的作用 既然单个零组件在制造时存在误差而单个零组件在进入下道工序组焊成组件或总成进而装焊成白车身如果不对单个零组件进行公差控制和容差分配必然在后续装配过程中存在误差积累若偏差同一方向无法抵消则组装后的误差必然会超出允许公差从而导致车身超差 综上所述容差分配的作用 a.控制单个零组件制造误差 b.消除装配时的误差积累 c.提高车身装配互换性及准确度 第四章 零件制造公差的设定 4.1 宗旨 为了达到白车身的外观质量目标在开发冲压件之前决定每个冲压件的精度要求以便缩短开发时间并防止浪费用来提升质量的经费 4.

25、2 适用范围 适用于焊接装配之前的所有零件 4.3 含义 1) 制造零件之公差意味着对虽然在图纸上没写清但从整体工程上来看极为重要的零件指定容许公差以将它作为验收零件的基准 2) 对如下项目指定公差除此之外以在零件图上的单件保证范围为准 以内外观公差为准 以有关防水隔音防震的对策为准 以有移动公差的零件为准 以符合各种接合条件为准 - 以打点焊来结合 - 以冲压的方式来接合 - 二氧化碳焊接面 - 注胶面 - 孔的园径公差中心公差及高度公差 - Joggle 公差及 Trim公差 4.4 决定制造公差的条件 1) 必须明确标定外观公差 2) 事先分析质量和公差之间有何关系然后将其结果作为指定制造公差的基础 4.5 设定制造公差所需基准 (1) 决定公差的基本条件 总成 单件 白车身 Body shell Moving parts 中 SUB 小 SUB 对象 0.7 (0.7) 0.5 * MOVING PARTS(车门类) 1.0 (1.0) 1.5 (1.0) 1.5 (1.5) 1.0 0.7 (0.7) 0.5 * 外观S/F OUT, ROOF

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