0 引言

在实际的白车身生产过程中，存在着许多影响胶黏剂性能的因素，如钣金所使用材料、车身结构的设计、钣金间隙的大小、制造尺寸的公差以及固化过程等，这些因素可能会导致装焊胶无法发挥最佳性能，甚至完全失去应有的作用。本文主要介绍的是由车身间隙过大导致的涂胶质量缺陷问题的分析解决过程。

1 白车身尺寸工程技术

在白车身制造过程中，尺寸精度直接决定了零件装配状态及整车质量表现。传统公差设计方法在很大程度上依赖工程经验及既有标准，在小批量或理想状态下尚可满足需求，但在实际量产条件中，由于工艺波动、设备差异以及零件累计误差等不确定因素的存在，往往会引发装配质量风险，进而在大规模生产中造成较大损失。因此，在产品开发及量产阶段引入系统性的尺寸工程分析方法，对于提前识别潜在风险、提升整车一致性具有重要意义。

尺寸链技术是尺寸工程中的核心分析工具之一，其基本思想是将装配过程中相互关联的多个尺寸按照一定逻辑关系组合，形成封闭的几何关系网络。通过对尺寸链进行定量分析，可以在产品设计和工艺策划阶段验证公差分配的合理性，并为后续的尺寸优化提供理论依据，从而有效降低批量生产中的质量波动风险。

尺寸链是由若干相互关联、按照特定顺序连接的尺寸单元构成的闭合系统。根据尺寸之间的几何属性以及在空间中的组合关系不同，尺寸链可分为线性尺寸链、平面尺寸链以及空间尺寸链三种类型。尺寸链中的各个尺寸单元通常称为“环”，其中包括封闭环和组成环两类。封闭环是指在加工或装配完成后自然形成且作为分析目标的最终尺寸，一般用下标为“0”的符号表示；其余对封闭环产生影响的尺寸则称为“组成环”，通常按顺序以“1、2、3……”等下标加以区分。在尺寸链中，任一组成环的尺寸变化都会对封闭环产生直接影响。根据组成环尺寸变化方向与封闭环变化方向之间的关系，组成环又可进一步划分为增环和减环。在尺寸链分析中，增环的特性是某一组成环尺寸发生变化会导致封闭环尺寸沿相同方向变化，同增同减，如图1中A₃所示。相反，减环的特性是组成环尺寸的变化会导致封闭环反方向变化，即组成环增加导致封闭环减少（如图中A₁、A₂）。

图1 零件尺寸链

尺寸链计算的目的在于确定封闭环及各组成环的极限尺寸和极限偏差范围。在工程应用中，为实现装配尺寸的有效控制，尺寸链分析通常采用极值法和概率法两种计算思路。极值法又称“完全互换法”或“最坏情况法”，其计算基于各组成环可能出现的极限状态，能够保证在不进行零件挑选或调整的情况下，实现完全互换装配；该方法无须考虑实际尺寸分布形式，适用于对装配可靠性要求较高的场景。概率法则基于统计学原理，假设各组成环尺寸服从一定分布规律，通过引入置信概率对装配结果进行评估，其优势在于能够在保证大多数产品合格的前提下放宽公差要求，但需配合相应的工艺控制措施以应对小概率超差情况。

当装配精度要求较高且上述方法在经济性或可行性方面存在不足时，还可结合分组互换法、修配补偿法或调整补偿法等手段加以实现。本文针对实际生产问题，主要采用极值法对相关尺寸链进行分析。该方法的一般流程包括：建立尺寸链模型，明确封闭环与组成环关系，判定增环和减环类型，依据极限偏差关系进行计算，并对结果进行合理性校核。通过极值法计算可得，封闭环的上、下极限偏差分别由各增环和减环的极限偏差组合确定，从而为装配间隙分析及尺寸优化提供定量依据。

本文中主要应用到的是极值法。其基本计算步骤为：画出尺寸链图、确定封闭环与增环、减环并根据极值法计算公式，进行封闭环或组成环量值的计算、校核计算结果。极限偏差之间的关系。由公称尺寸、极限尺寸与极限偏差的关系可得：

式中，ES(A₀)、EI(A₀)为封闭环的上、下极限偏差; 、为第i个增环的上、下极限偏差；为第i个减环的上、下极限偏差。

基于公称尺寸、极限尺寸与极限偏差之间的对应关系，可以建立封闭环与各组成环极限偏差之间的计算关系。所有增环的上极限偏差相加，再减去各减环的下极限偏差，就可以得到封闭环的上极限偏差。同样的，各增环的下极限偏差相加，再减去所有减环的上极限偏差，就可以得到封闭环的下极限偏差。

2 白车身涂胶技术特点

在白车身连接工艺中，焊接、铆接和螺接等传统连接方式因其成熟性和可靠性被广泛应用，但这些工艺在实际使用过程中不可避免地会对材料性能和结构状态产生影响。例如：焊接过程中的热输入可能改变材料在热影响区内的力学性能，进而影响结构稳定性和外观质量；铆接及螺接则需要在板材上形成孔洞，容易削弱局部承载能力，其连接强度通常受限于接头区域范围。因此，这类连接方式在某些对结构完整性和轻量化要求较高的场合存在一定局限。

相比之下，粘接技术因其适用材料范围广、对母材影响较小等特点，在现代白车身制造中得到越来越多的应用。粘接过程不需要额外的热源或机械破坏，理论上不会改变被连接材料的内在属性，同时能够实现较为均匀的应力分布，有效降低局部应力集中风险。此外，由于胶黏剂密度通常低于金属材料，合理应用涂胶工艺还有助于实现整车轻量化目标，尤其适用于对防腐、密封和结构补强有综合需求的连接部位。

然而，涂胶质量对装配条件和工艺参数高度敏感。在实际白车身生产过程中，钣金材料特性、结构设计形式、板件装配间隙、制造公差以及胶黏剂固化过程等多种因素均会对胶层成形质量产生影响。当上述条件控制不当时，装焊胶可能无法充分发挥其应有的密封、防腐或连接功能，严重时甚至导致功能完全失效。

为确保涂胶功能的有效实现，装焊胶在装配后需具备足够的有效粘接宽度。对于承担防腐和密封功能的胶段而言，若粘接宽度不足，将直接削弱其防护效果。当板件间隙过大、胶黏剂无法同时与两侧板材形成可靠粘接时，其密封性能将无法满足使用要求。基于上述考虑，梅赛德斯-奔驰体系针对不同功能属性的胶段制定了明确的质量标准（见图2）。其中，具有密封功能的装焊胶段通常要求其有效粘接宽度不小于8mm，或不低于对应法兰边宽度的一半。对于连续密封功能要求的胶段，其有效粘接区域还需保持完整连续，避免出现中断现象，以确保整体防护性能满足设计要求。

图2 戴姆勒ECM涂胶质量标准

3 问题描述及分析

在某新车型试装的过程中，通过破坏性测试发现，白车身后轮罩上需具有防腐、密封功能的胶段无法将两面粘接，仅在一侧板材上有粘接痕迹（见图3）。

图3 左右侧涂胶剔试结果

通过现场排查发现，此处两侧板材之间的距离较大，约为8～9mm（见图4），胶黏剂无法将间隙填满。查看数模，确定此处数模规定的板间距中值为4mm，实车状态已远大于数模状态。

图4 零件配合间隙实测

在这种情况下，如果希望胶黏剂填充间隙并粘接两侧板材，涂胶设备需要至少涂出实际直径在9mm以上的胶段才能满足，且由于胶段本身会在板材上堆积，合板后形成梯形，故实际上需要的胶段宽度远大于这个值（见图5）。此外，如果钣金间隙过大，需要更多的胶黏剂去填充间隙，当胶黏剂的自重过大时，其在固化之前由于自身是流体，容易在板材间滑脱，造成更大的问题。

图5 剔试涂胶质量标准

通过对零件焊接匹配过程进行深入追踪后发现，影响该处涂胶间隙的因素主要分为两点：其一为侧围内板曲面与侧围外板的干涉，其二为各零件的尺寸偏差。

4 零件干涉对间隙影响分析

综合数模和现场成车状态可知，该干涉主要受侧围外板与侧围内板轮罩区域Z向匹配影响（见图6）。

图6 数模状态与实际干涉状态对比

先从单件尺寸入手，侧围外板冲压件为内部自制件，有完整的单件尺寸报告，报告显示相关位置尺寸在-0.2mm左右，符合产品设计给定公差要求（见图7）。

图7 冲压单件尺寸

侧围内板为供应商来件，查看报告发现，该区域尺寸不在为供应商规划的尺寸监控报告中，需要供应商应用三坐标对该位置进行加密测量（见图8）。测量结果显示型面多料1mm左右，对干涉问题不利。

图8 侧围内板改善前尺寸

5 零件配合尺寸对间隙影响分析

由于该位置的涂胶间隙是多个车身零件匹配焊接后自然行成的，想控制间隙大小必须对如图9所示的各零件尺寸进行控制。

图9 相关各零件示意

按照各个零件在该数模中该位置的截面，可以将其简化为二维零件匹配图，以能更清晰地定义封闭环、组成环、增环和减环等。图10左侧为数模中涂胶问题位置沿X轴的截面图，图10右侧为二维截面零件匹配示意图。

图10 数模车身涂胶位置零件截图（左）与二维截面零件匹配示意图（右）

对图10右侧截面图相关尺寸进行标识，得到图11a，由于间隙A₀是装配后自然形成的，所以确定封闭环为要求的间隙A₀。画出对应尺寸链图见图11b，并判断增、减环。依据查找组成环的方法，找出全部组成环为A₁、A₂、A₃和A₅，依据“回路法”判断出A₄为增环，A₁、A₂、A₃和A₅皆为减环。

图11 车身尺寸链示意

按照给定的产品公差，可以确定各减环的上、下极限偏差： 

而增环的上、下极限偏差如下：

应用式(1)和式(2)可以计算出封闭环的极限偏差

鉴于数模中此封闭环的公称尺寸为4mm，根据计算出的极限偏差可知，此位置的间隙范围为0.5～10.2mm，而当各零件处于极值状态时，最大间隙已远远超出胶段的正常高度，而板件贴合后的涂胶宽度不足也会严重影响剔试结果和成车质量。

6 优化措施及实施效果

6.1 零件干涉问题解决

与供应商协调沟通，优化模具调试内板干涉位置相关尺寸至0值附近，并在日常监控报告中新增了该位置测量并作为长期监控点；公差设置参考其他型面位置，规定为±0.5mm。优化后的内板尺寸要求见图12。

图12 侧围内板优化后尺寸

另外，通过现场优化侧围总成预装搭接时的机器人轨迹，降低Z向高度，也可以在一定程度上缓解干涉问题，但过低的姿态会引起上部与侧围内板的过紧配合，造成其他质量问题，所以通过优化轨迹来缓解干涉效果有限，仍需配合单件尺寸优化共同实施。

6.2 零件匹配尺寸优化

通过多轮技术沟通，决定对尺寸链中的A1尺寸，也就是侧围内板的公差进行偏置。公差由原来的-1.2～0mm向车身外侧方向偏置2mm，偏置后公差为0.8～2mm。

在实际实施变更前，供应商也进行了试装验证，由于模具加工是不可逆的，试装策略是在问题区域焊接2mm厚的薄板以模拟公差变更后的单件尺寸，对试装件进行装车测试，模拟确认胶固化后的优化效果。结果如图13所示。

图13 侧围内板公差变更示意图

结果显示，优化后的试装车胶段宽度均大于8mm，且不同位置的胶段宽度一致性更好，满足剔试标准。确认优化有效后，推动供应商进行模具整改，整改后零件到场试装，并将试装车送至剔试车间验证胶剔结果。结果显示各胶段剔试结果合格，较优化前有显著改善。

另外为了保证后续间隙持续满足涂胶质量要求，对相关来件进行尺寸监控与优化输入，保证零件匹配后的间隙在5mm左右，保证过烤箱后涂胶胶段宽度达标，并为后续的尺寸波动留出余量。

图14 涂胶改善验证实验

7 结语

本项目的实施，对现场实车问题进行深入分析，确定了影响涂胶质量的两个关键要素，即零件匹配干涉与零件匹配累计偏差。针对零件匹配干涉问题，通过调整侧围外板总成在车体上的预装状态，同时向侧围内板供应商输入特殊测量需求以确认相关型面尺寸，根据测量结果推动供应商优化尺寸。而针对零件匹配累计偏差，应用尺寸链计算中的极值计算方法，对现有涂胶问题相关零件进行系统性尺寸链计算，并借助计算结果分析确定问题发生的根本原因。通过对相关零件进行公差带偏置变更，保证匹配后的涂胶间隙波动范围更接近数模给定的中值，并通过控制供应商来件尺寸以保证间隙满足涂胶需求。

本项目的实施在解决问题的同时，也在很大程度上降低了后续问题复现的可能性，并将经验总结应用至后续相关车型中。

参考文献

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