汽车白车身制造工艺同步工程浅析李从义

汽车白车身制造工艺同步工程浅析李从义

李从义杨磊

长城汽车股份有限公司徐水分公司河北保定071000

摘要：汽车白车身制造工艺同步工程是由美国国防分析研究所IDA（InstituteforDefenseAnalysis）在二十世纪八十年代所提出。根据其（IDA）R338的定义：“同步工程（SimultaneousEngineering，简称SE）是集成地并行地设计产品及相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法”。这种方法要求产品开发人员与其他人员一起并行工作，在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求。接下来，文章就汽车白车身制造工艺同步工程展开论述。

关键词：汽车白车身；制造工艺；同步工程

引言

当前中国整个汽车工业飞速发展，车型更替时间愈加缩短，怎样在这种激烈的市场环境下尽快推出满足市场预期的产品，成为各车企面临的首要问题。同步工程技术手段起源于美国，由于其效果明显，被全世界各大车企所极力推崇；在国内的汽车企业内部，同步工程也是广泛采用。

1汽车车身制造工艺的同步工程

1.1汽车车身制造工艺的主要内容

汽车白车身制造工艺主要包括四个方面的内容，即涂装、焊接、冲压以及总装工艺。

汽车车身的涂装工艺就是通过采用油漆工艺和密封工艺提高汽车的美观度，并使车身具有较高的防腐蚀效果。汽车车身的涂装过程中，每一层都要细致均匀。此外，车身制造工艺还含有现场快速同步，整合了多步骤的制造流程。

焊接工艺主要是要按照一定的顺序，经电阻焊、CO2气体保护焊、激光焊和粘结等工艺，将数百个冲压件进行连接，制造出白车身。白车身是指不包含侧门、前发动机罩板和后行李箱盖板的车身结构，是一种类薄板的框架结构。目前，在车身连接工艺中，应用较为广泛的有CO2气体保护焊、激光焊接、包边技术和电阻点焊。在车身制造工艺中，车身外覆盖件的冲压是一种薄板冲压。

涂装有两个作用，第一是车防腐蚀，第二是增加美观。涂装工艺过程比较复杂，技术要求比较高。主要有以下工序：漆前预处理和底漆、喷漆工艺、烘干工艺等，整个过程需要大量的化学试剂处理和精细的工艺参数控制，对油漆材料以及各项加工设备的要求都很高，因此涂装工艺一般都是各公司的技术秘密。

总装就是将车身发动机变速器仪表板车灯车门等构成整辆车的各零件装配起来生产出整车的过程。

1.2汽车车身制造的同步工程

汽车车身制造的同步工程，专业技术上是指现场快速同步工程和总装同步工程。在车身产品的研究、开发中，对产品的图纸以及数据模型进行分析，做出冲压工艺分析报告交送到产品研究开发部门，然后才能够进入到产品的专业制造流程。目前的汽车制造企业所实施的车身制造工艺同步工程，主要是指产品环节和制造环节的同步工程。其中，产品环节是汽车车身产品制造过程中的工艺并行工程。具体的操作流程为：汽车企业的研究开发部门将车身产品的设计图纸以及数据模型提供给涂装、焊装、冲压、总装部门，以制定工艺预案。通过各个部门针对工艺预案的个性内容充分交流后，将现场总装必备的工艺方案制定出来。

2汽车白车身制造工艺同步工程

2.1SE在冲压工艺中的应用

2.1.1冲压SE

冲压SE通过先进的三维造型，模拟仿真和有限元分析软件，将汽车产品设计问题最大限度地消除在前期三维数模设计阶段，大大缩短了后期模具制造的时间。冲压工艺贯穿于新车开发的全过程，从了解参考车的工艺开始，到样车的制作完成，都要求冲压工艺人员的参与。它要求冲压工艺人员与其他开发人员一起集成地、同步地参与汽车设计。冲压工艺人员主要解决车身的工艺问题，在早期造型设计时，相关的工艺工程师就开始介入，将生成过程中可能出现的问题尽可能在造型阶段和工程设计阶段发现并解决，从而避免了到模具阶段才发现问题，可以缩短传统设计过程中用于弥补工艺问题的补充设计阶段，通过与其他部门人员的良好协作及其信息的及时交流，使工艺问题解决在萌芽状态。冲压SE人员从产品品质、模具结构、冲压工艺性、生产线布置及成本等因素出发，针对关键零件借助计算机辅助工程（CAE）进行冲压工艺分析，完成CAE分析报告和工程变更报告（ECR）。主要工作包括：判断可能产生变形不足的部位及确定解决措施；判断冲击线和滑移线产生部位及确定解决措施；判断起皱产生部位及确定解决措施；判断开裂产生部位及确定解决措施；预测可能产生的线偏移，进行回弹分析及确定解决措施。

RPS定位系统是在降低过程开发成本的前提下，提高产品焊接精度和生产过程可靠性的有力措施。RPS点是模具、汽车夹具和检具的统一定位点，是用于生产和测量的统一定位点，也是从单个零件到汽车车身总成各个工位的控制点。任何零件和总成的定位，都必须有一个主定位（孔、面或边）及一系列副定位。在RPS定位系统中，RPS1是主定位，PRS2、RPS3是副定位，RPS3-RPS2-RPS1共同控制零件的6个自由度。

2.1.2典型案例

目前普遍采用有限元数值模拟冲压过程并预示其成型性。本节是在开发过程中针对前门内板来做成型性分析工作，采用冲压有限元分析软件AutoForm进行前门内板的拉延过程模拟。预测冲压过程中可能出现的成型缺陷。从仿真结果分析产品的冲压可行性，并提出合理可靠的修改建议。汽车前门内板拉延过程仿真，如图1所示。

图1汽车前门内板拉延过程仿真

2.2SE在焊接工艺中的应用

2.2.1焊接SE

焊接SE工作是在整车开发过程中，分别在造型设计阶段、工程设计阶段和样车试制阶段以白车身为对象进行的包括车身结构、成本、工艺难度、主断面、焊接可行性及定位夹紧计划等焊接工艺性分析。焊接SE的目标就是通过焊接SE活动，使白车身数据在零件的可焊接性、焊接强度与可靠性上有很大提高，从而提高焊接后白车身的质量及稳定性，缩短整车的开发周期，最终达到降低成本和提高主机厂市场竞争力的目的。

在车身焊接过程中，对汽车车身部件工艺拆分是比较关键的环节，每一个环节焊点数是否合理，组件是否合理，都会对焊接姿态、焊接夹具结构等产生影响，并对最后工艺效果给予考虑。此时就需要焊接技术人员根据车身零件材料结构来对焊条、焊丝、焊剂等焊接材料进行选择。同时，在焊接生产过程中，对电极、导电嘴等容易损坏的部件要定期进行更换。

2.2.2典型案例

要对白车身左前边梁延伸板与前保险杠固定板左支架进行点焊，经测量，其焊点间距仅有20mm，焊钳电极直径一般为13mm和16mm，理论上是可以实现的。对于小零件来讲，这样的间距在焊接时可以使用，但对于大零件上连续的焊点，除第1个焊点外，后面的焊点会因为前面的焊点连接而出现分流，导致整体焊接强度不足。建议将此零件焊点距离加大到40mm。

2.3SE在涂装工艺中的应用

2.3.1涂装SE

涂装SE工作分为造型设计阶段、工程设计阶段与样车试制阶段。造型设计阶段的主要工作是制定初始过程流程图，而数模主要是分析车身外观面是否对涂装作业产生影响；工程设计阶段主要以设计部门提供的三维数模数据为基础进行多方面的分析，其中涵盖了电泳成膜性分析及焊缝密封胶作业性分析等内容，分析内容是这3个阶段最多的，范围也是最广的，其中还会应用计算机软件进行生产过程模拟，大大提高了分析结论的准确性；样车试制阶段的主要工作是与生产线紧密连接的，同时为新产品量产开辟道路，试制过程既能对SE过程进行验证，也能衡量所在生产线的生产能力。

2.3.2典型案例

以某款汽车的发动机罩内板为例，此零件的防气泡性是涂装工艺工程师关注的重点。使用涂装分析软件，对该部分的防气泡性进行仿真，仿真结果，如图2所示。

图2某款汽车发动机罩内板涂装CAE仿真图

图2中粉红色区域为气泡路径，红色区域为气泡区域，在这2个区域所覆盖的地方电泳质量比较差，尤其是红色区域。如果整个电泳过程都为红色气泡区，那么该部位将无法电泳成膜。根据仿真分析，得出气泡排出的最佳位置，并要求在此位置开孔，由此提出设计变更，可以解决电泳质量差的问题，从而提高了发动机罩的电泳成膜效果，保证了品质要求。修改前后的数模，如图3所示。

图3某款汽车发动机罩内板排出气泡解决方案

3结论

白车身开发中SE主要围绕白车身制造的三大工艺（冲压、焊接及涂装）进行。通过对白车身整体规划工艺的分析，根据制造经验及软件手段，对产品设计结构和制造工艺提出合理的建议。由于工艺及相关过程的提前介入，将原本要到工艺实施或者其他相应阶段时才可能会暴露的问题提前至产品研发期暴露并予以解决，使产品研发和后期的工艺实施等尽量实现无缝对接。基于同步工程的车身开发，可以缩短开发周期、提高产品质量以及降低开发成本，已经成为汽车生产企业发展的必行之路。

参考文献：

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[4]袁智军，赵小羽，胡洁，成艾国.基于同步工程的汽车车身设计流程分析[J].机电产品开发与创新，2009，22（05）：81-83.