保险杠与钣金匹配方法探究

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【汽车材料网】保险杠与钣金匹配方法探究

陈晓伟 杨光照 袁春杰 沈荣 仇道钱

（上汽大通汽车有限公司无锡分公司，无锡 214100）

摘要：通过对在前后保险杠与钣金的匹配实践中积累的相关经验进行归纳，总结提升保险杠与钣金匹配精致感的可行方法。运用虚拟、数据分析对比等方法，以后保侧围、前保与翼子板匹配为例，说明2 类常见匹配形式的基本特征以及公差分配方案；通过对支架的匹配调整，达到匹配技术规范要求，并形成一套保险杠匹配的通用做法。在此基础上探讨了降低视觉间隙的影响因素与可能的技术手段，供后续项目的匹配活动参照。

关键词：保险杠 侧围 翼子板 匹配方法 视觉间隙

1 前言

汽车外观的精致感要求的提升，对外饰件，尤其是前后保险杠与钣金配合的间隙要求变得更为严格。之前普遍认为外饰部件与钣金之间配合间隙在1mm 以下，可以实现在目视角度下的“零间隙配合”[1]。实际上，1 mm 已经无法满足客户对于外观的精致感需求，配合间隙通常要达到≤0.5 mm。后保险杠与侧围钣金采用配接匹配方法，在合理的公差分配以及提高零部件尺寸精度的条件下，能够实现这一目标。而前保险杠甚至需要要做真正意义上的零间隙配合才能够满足要求[2]。这对工程可行性与一致性提出了较大挑战，为实现这一目标，相关的配合结构设计、公差分配策略，以及外饰件与钣金件尺寸精度管控，都需要提高要求，主要通过一个车型项目的前后保险杠与钣金的匹配过程，阐述保险杠的一般匹配方法。

2 配接匹配2.1 基本特征

在某车型的后保险杠与侧围钣金的匹配过程中，采用了配接型匹配方法，这在后保险杠与侧围的匹配中，是通常的做法。概括来说，是将保险杠与钣金均视作刚体，采用类似钣金件的匹配方法来进行匹配。保险杠与钣金边界对接，在设计上有非零的理论间隙值，并以理论值中值设计等幅的上下限公差[3-4]。例如某车型前保险杠与翼子板设计间隙为0.5±0.5 mm。这里公差下极限用以包容保险杠与翼子板的的负向制造公差，公差下极限为视觉间隙可接受最大值，并且包容各部件的正向制造公差累积。根据相关项目实践经验，此类型的间隙公差带设计值通常应小于1 mm。图1所示为某车型的后保险杠与侧围钣金匹配示意，图2为匹配断面结构。

配接匹配方法可以避免保险杠与钣金形面之间的干涉，显然，保险杠与钣金的匹配方式如果采用配接型的结构，在匹配过程中上对于钣金冲压件以及保险杠注塑件的尺寸精度、一致性、稳定性有较高要求，通过工装检具、模具研配修整，是能够实现的。

图1 后保匹配示意

图2 后保匹配断面

2.2 公差分配

根据配接型匹配常用的公差分配，设定初始公差分配如表1 所示，基本上是零件的制造公差，如图3 所示。

表1 后保险杠安装公差分配

图3 后保险杠支架零件公差

通过VSA 软件，对公差界限进行计算分析，相关设定条件如下。

a.模拟计算时以装配5 000 辆车为计算基础，进行统计分析。

b.所有零件公差只考虑6σ范围，即99.73%的值落在公差范围内，0.27%的值在公差范围以外。

c.所有几何特征的公差为对称正态分布，即公差分布位于公差带中心，并向两边延伸下降。

d.对于非对称公差带，推荐公差分布位于公差带中心。

e.建模时所有的零部件假设都是刚体，不考虑焊接变形和回弹。

f.需固定为某一版本数模，同时DTS（尺寸技术规范）信息为一致版本；

运行VSA 输出相关结果，并以小于5%为界限考核装配偏差的超差概率，结果如图4 所示，超差率为4.04%，此结果满足设计要求。

图4 VSA计算结果

2.3 实现方式

由于后保险杠安装于后侧围钣金上，基体刚度较强，接近于TAC（Total Assemblely Check），故采用匹配路线为将后保支架以及后保蒙皮先在TAC上做匹配调整，满足匹配要求后，再进行实车匹配。通过统计分析方法，评估白车身三坐标测量数据监控白车身匹配轮廓的稳定性。事实上，侧围外板为整体冲压件，在冲压模具研配成型后，相关匹配面的尺寸稳定性、一致性比较良好。以选定测点T01719RTVZ，F05909RAYZ（分别是侧围匹配轮廓面Z向测点、支架安装孔Z向测点）为例，在某阶段内（30 天监控数据）的数据变化曲线如图5所示。

对侧围钣金相关点尺寸数据进行统计分析，以两者的差值作为考察依据，结果如表2 所示，标准差为0.228 mm，CP（不考虑偏移时的短期过程能力指数）为0.94（这里公差上限取0.7，近似3σ），可以认为侧围钣金的相关匹配面数据稳定，采用相同方法可以监控其他相关点位，采用统计分析方法评价钣金的稳定性是常用方法。

图5 侧围钣金相关点尺寸数据

表2 后保匹配面数据统计分析结果

后保蒙皮为外观件，其注塑模具通常不宜改动，否则接刀痕会影响外观质量。所以可行的修配余量在后保险杠支架上，并且后保支架是隐藏件，无需考虑外观质量。模具具有较大修配空间。图6 所示为后保支架的修配示意。根据项目经验，在支架匹配修改前制造的检具，在匹配完成后与实际支架产品偏离较大，实际上无法检测产品，修改检具的工作量不亚于重新制造检具。并且在项目开发阶段，不制造支架检具，在匹配满足DTS 要求后，以修改后的数据制造检具。

图6 后保支架的修配

3 干涉匹配3.1 基本特征

前后保的装配采用相似的卡接结构形式，同样是通过支架固定在车身钣金上，一般看来应采用相同的匹配方法，图7 所示为前保设计断面。但经过多个项目匹配工作实践，配接型匹配方式对于前保险杠与翼子板的匹配较难适用，其差别在于前保险杠支架安装在翼子板上，而后保险杠支架安装在侧围钣金上翼子板，翼子板的刚性显著低于后侧围钣金，并且卡接结合线长度平直且短，在前保险杠以及相关附件自重影响下，存在向下倾转变形趋势，如图8 所示。这是前保匹配需要克服的主要障碍，可以通过增加结构刚性，在装配时增加工艺要求来实现。公差分配案先按配接型模型进行计算分析，校核结果是否满足匹配要求。

图7 前保设计断面

图8 前保倾转示意

3.2 公差分配

前保险杠、支架与翼子板的各部分公差分配采用配接型方式的公差分配，如表3 所示。图9 为前保险杠支架的公差要求。

将公差分配方案输入VSA，运行得到相关结果，并以小于5%为界限考核装配偏差的超差概率，结果如图10 所示。

表3 前保险杠安装公差分配

图9 前保支架及公差要求

图10 VSA计算结果

计算结果表明超差率为7.88%，此结果存在风险，不满足设计要求。

3.3 实现方式

前保险杠如果采用配接型设计间隙配合，无法满足设计要求，匹配方法需要采用干涉型匹配方式。

在实际匹配过程中，对于间隙的控制主要从以下几个方面着手，其一是增加结构刚性，前保受重力下沉或者翻转会导致匹配间隙超差，结合前期整车CAE 分析及实车装配效果，确定前保设计翻转影响量，通过实车验证增加防翻转补偿量，增加前保与钣金干涉量；通过工艺措施将前保险杠做成干涉型匹配。

在项目前期应重点规划制定翼子板周边区域零件装配工艺流程，具体如下。

a.翼子板通过工装定位至前机舱总成，并根据前门位置装调固定位置；

b.前大灯自定位至车身，其中主定位在翼子板翻边上，次定位在前机舱黄金支架上；

c.前保险杠与格栅线上分装，格栅自定位至前保；

d.前保装配至车身、翼子板、前大灯，分别与前防撞横梁、前保左右安装支架、前大灯形成装配关系，左右装配面与翼子板形成匹配关系；

e.确认装配工艺对问题影响，例如前保格栅采取线下分装还是线上按序装配，前保险杠下支架打紧顺序等。

f.车身装调翼子板形式，用工装装配Y 向开档尺寸控制，翼子板支架位置度调整。如图11 所示。

图11 翼子板装调

此外对于零件部分，包括翼子板零件、前保蒙皮，基于与后保险杠与钣金匹配的相似理由，修配的重点还是在安装支架上。结合以往项目经验以及前保与翼子板匹配间隙问题表现，A 间隙（上端小下端大）、V间隙（上端大下端小）、间隙整体偏大超差，批量测量收集造车数据，重点审查前保支架结构，考虑是否结构偏软导致无法承载前保拉力，此外可通过精修前保支架微调前保与翼子板匹配间隙、面差；确定问题稳定表现，作为安装支架修配依据。图12 所示为前保支架的修配示意，该车型项目期间共进行4 轮次匹配调整。

值得指出的一点是，翼子板支架承载面积影响前保在翼子板上安装面强度，若承载面积过大，会导致翼子板结构过硬不易吸收过长尺寸链累计的公差。若承载面积过小，会导致翼子板结构偏软无法保证翼子板与前保安装精度；因此需要通过多轮匹配验证确定翼子板支架合适设计状态。

图12 前保支架修配

4 减小视觉间隙措施

以上匹配方法基本能够实现在1 mm 以内的目标。考虑到现实情况，实现真正的零间隙有较大困难，而且装配时易造成蒙皮油漆破损。在物理间隙已经达到1 mm 以内的情况而言，需要考虑采取减小视觉间隙措施。

评价一条分缝的有多个维度，每个维度的结果不尽相同，相互匹配的两个零件，在设计上，采用设计间隙进行评价，这决定了2 个零件的匹配方式，是采用配接型还是干涉型匹配方式，比如硬塑料件与油漆面要保持间隙，以防止刮伤，这里的间隙指的就是工程间隙。此外还有测量间隙，这是在零件装配后可测量得到数值，测量间隙用于评价零件与数模的符合性，以及是否达到DTS 目标，通常有别于工程间隙。最重要的维度是感知间隙，也就是视觉上的间隙，如图13 所示，反映了三者的关系[5]。

图13 不同角度间隙示意

视觉间隙和观察者的视角方向角度有关，可以构建关于缝隙的视觉相关尺寸几何模型，如图14 所示。

图14 视觉间相关尺寸的几何模型

可以看出，视觉间隙与匹配零件的搭接形式、分缝位置、搭接关系、翻遍角度有关，如图15 所示。需要分析以上因素对于视觉间隙的影响，并以此就如何减小视觉间隙，提升整车的品质感给出方向。

图15 减小视觉间隙的措施

5 结束语

总结前后保匹配的一般方法，后保险杠与钣金的匹配采用配接型匹配方法，通过对支架的修配，可以在量产时实现设计要求的1 mm 间隙。前保由于安装结构上的刚性较差，需要通过安装工艺等措施达到干涉型匹配，才能保证在量产条件下达到1mm 设计要求。从精益求精的角度出发，对于其他一些视觉间隙的影响因素的探索也是提升间隙匹配精致程度必经之路[4]。

解决保险杠与钣金匹配问题方法思路可以延伸至外饰尺寸匹配的其他区域，确定匹配形式的基本特征，运用虚拟分析软件确定可行性，通过分解尺寸链构成明确每一个影响因素的变化，其次运用各类尺寸匹配工具确定问题解决方案。其中涉及白车身、总装工艺、产品设计方法、零部件质量管控等各项专业能力，是一个综合性的工程制造问题分析案例。