基准点系统在汽车塑料件上的应用

作者:吉利汽车研究院 陈曾敏 文章来源:AI《汽车制造业》 点击数:114 发布时间:2017-01-13
使用塑料替代各种有色金属和合金钢材,是实现汽车轻量化的一个主要方向。随着科学技术的发展,塑料在汽车上的应用越来越为广泛。本文根据产品零部件基准点定位原理,阐述了汽车塑料件的定位要求及注意事项。
基准点系统在汽车塑料件上的应用

随着汽车工业技术的发展,塑料在汽车上被广泛应用,其具有材质轻、可回收、价格低廉及工艺简单等特点,能够代替各种有色金属和合金钢板,减轻整车重量,实现轻量化,从而达到降低油耗的目的。此外,塑料的成形工艺较钣金材料简单,能够实现造型设计上的灵活性,对产品外观进行创新,从而吸引顾客眼球。

目前,塑料在汽车上的应用按功能主要分为三类:内外饰件、外装件和功能结构件。本文介绍了产品零部件基准点系统在汽车不同类型塑料件设计、装配上的应用。

基准点系统的理论概述

基准点系统是从设计阶段就确定的定位系统,每个生产工序都要用到,并且用的是一个定位系统。它贯穿于产品的设计、制造、装配、检测和验收等各个过程,并能指导零部件的模具、检具、夹具的定位和检测,使各工序定位的基准一致,从而保证产品装配的一致性和稳定性。

基准点系统最常见的定位规则为六点定位规则,根据3-2-1定位原理,限制其6个自由度。六点定位规则有边界定位、一面两销定位以及过定位等定位形式。其中,一面两销定位和过定位在汽车塑料件中应用较为广泛。

1.一面两销定位

如图1所示, Z方向上限制了3个自由度,即Z方向上的移动和围绕X轴、Y轴的转动。圆孔中的定位销阻止了在X、Y方向上平行于轴线的运动,而在腰圆孔中的定位销则只阻碍了围绕Z轴的转动。一面两销定位在汽车零部件上是最常见的定位方式。

2.过定位

过定位是在六点定位规则基础上,采用多于6个定位元素的定位,如侧围、仪表板总成、车门内饰板和前后保险杠等柔性件。其特点是刚度较差,需要过定位。多于6个定位元素的那部分定位称为辅助定位,这种情况下,3-2-1定位原理可理解为n-2-1。其中,n是在主定位元素的基础上,起到局部控制零部件形状而增加的辅助定位,不能与主定位元素形成干涉。

基准点系统在仪表板本体设计和装配上的应用

仪表板本体是汽车上最大的塑料零部件之一,作为内饰件,既以安全、环保、舒适和减轻碰撞时对人体的伤害为前提,同时也是间隙要求较多且严格的零部件之一,要求其装配时与周边零部件的配合间隙均匀、美观,这需要设计的定位系统具有精准性和稳定性。

一般仪表板本体装至仪表横梁上后再进行分装,其本体上部周边与前柱上装饰板、风窗玻璃总成和前车门内饰板有装配间隙要求。由于仪表板本体总成形状较为复杂且不规则,故以一面两销定位形式,可以先确定主副定位孔,其他以卡扣和设计过孔作为辅助定位,即在一定范围内采用过定位形式来保证与周边零件的装配精度。

如图2所示,设定仪表板本体φ7 mm圆孔为主定位,基准B表示,长圆孔7 mm×9 mm为副定位,基准C表示。根据3-2-1定位原理,取A1~A10的10个点,控制X方向的移动和Y轴、Z轴旋转,B点控制Y、Z方向移动,C点控制X轴旋转,其余连接孔均适量增大孔径作为过孔,以避免装配时产品过度变形,影响外观及装配质量。其中,A10、A1、A2和A3作为局部辅助定位,在主副定位基础上,保证仪表板本体与风窗玻璃的间隙,定义的间隙为mm,如图3所示。

由A1、A10、A9和A7作为局部辅助定位,在主副定位基础上,保证仪表板本体与左前柱上装饰板总成的间隙,定义的间隙为 mm,如图4所示。其中,A1、A10、A9和A8作为局部辅助定位,在主副定位基础上,保证仪表板本体与左前车门内饰板总成的间隙,定义的间隙为mm,如图5所示。

基准点系统在后保险杠设计和装配上的应用

塑料件后保险杠的特点为体积大、易变形,在装配时易发生起翘或凹陷,造成与周边部件的间隙面差过大,影响整车外观。由此可知,确定一个合理的安装基准对于保险杠的装配质量十分重要。因此在开发前期,就要合理设计保险杠的支撑、定位结构,尽量避免出现不合理的定位。

后保险杠的定位原理与仪表板本体基本一致,但作为外观件,不仅有间隙要求,还有面差要求,因此,在进行装配时,要进行更加严格的控制,避免造成显而易见的产品缺陷。

以某车型后保险杠为例,如图6所示,设定其与后保险杠安装支架匹配的圆孔Φ7 mm为主基准孔B,控制X、Y方向的移动,另一个固定点7 mm×9 mm的长圆孔为副基准孔C,控制Z轴的旋转,A1~A8控制Z方向的移动和X、Y轴的旋转。因其与侧围、后组合灯和行李舱门之间存在间隙面差要求,设定合理的定位基准不仅有利于安装,同时也是为了控制后保险杠的装配质量。

其中,A2~A7作为局部辅助定位,保证后保险杠与后组合灯总成的面差和间隙,定义的面差为mm,间隙为mm,如图7所示。

其中,A1、A2、A3、A6、A7和A8作为局部辅助定位,以及由后保险杠左、右安装支架作支撑和固定,保证后保险杠与侧围外板面差和间隙,定义的面差为mm,间隙为mm,如图8所示。

由于后保险杠与行李舱门的间隙要求较低,不作局部辅助定位要求即可满足,如图9所示。

结论

基准点系统在塑料件上的应用与在刚形体上的应用是大同小异的。由于塑料件的刚性比钣金件要差,更要选择合理的主、副定位,以及选取足够的辅助定位,甚至在一定范围内采取过定位。以减少因强制装配产生的塑料件起翘、凹陷变形甚至断裂等风险,延长使用寿命。除此之外,还可以降低装配难度,提高生产效率,最重要的是提高了产品装配精度,对整车品质的提升起到了举足轻重的作用。