汽车产品开发是1项复杂的系统工程,一般可划分为5个阶段:项目策划阶段、概念设计阶段、工程设计阶段、生产准备阶段、生产阶段。为了提高产品质量、缩短产品开发周期、降低成本,工程设计与产品设计同步进行,工艺部门在产品开发各阶段,结合生产线实际情况,从工艺可行、质量控制、成本等方面评审,并与产品设计部门达成最终解决方案。现对汽车开发不同阶段的焊装领域工艺评审内容进行简要分析。产品在策划阶段,产品造型师根据输入的新车型的基本概念、车型定义等信息,设计出效果图,效果图只显示出产品的主要轮廓和关键点的造型特点。概念设计阶段,产品设计师根据通过评审的效果图,发放A级表面(Concept A-Surface,CAS)[1]数据,CAS数据即外表面数据,用于展示产品效果及初步分析工艺可实现性,分为内CAS数据(内饰)和外CAS数据(外部造型)。工艺领域对造型效果图进行评审,通过造型分析,预判车身结构形式在焊装领域的工艺性,提出合理建议,从而达到工艺可实现性与合理性,降低焊装工艺难度,降低生准投资,提升质量。效果图只是大概显示出产品的主要轮廓和关键点的造型特点,焊装工艺评审问题不多,提出的评审问题如果产品采纳则会对产品造型进行改动。焊装领域针对造型的工艺评审维度主要有如下7个方面。
2.1 通过性
考虑车身、侧围、顶盖产品的尺寸和工艺内容等信息在已有生产线上的通过性。如图1某车型顶盖与侧围区域造型所示,顶盖与侧围的拼接处缝隙很小,没有传统的装饰条的安装空间,所以判断此处会设计成激光焊,该工艺现有生产线无法实现,必须提出工艺评审,建议将此处改为点焊工艺。
2.2 降低工艺难度
车身分缝、棱线、特征点的搭接关系尽量少,降低匹配和调整的难度。如图2某车型翼子板与前盖匹配区域所示,翼子板与前盖匹配区域需要保证的特征点过多,调整的方向也较多,调整困难,提出工艺评审建议,减少匹配方向。
2.3 降低生准投资
考虑外表面冲压零件分块方式对焊装面积、投资和质量的影响,建议外表面零件尽量减少分块。
2.4 提升质量
考虑门盖的形状特征对包边压合可实现性和外表面质量的影响。如图3(a)某车型后盖造型所示,其后盖前部尖角为锐角,压合压料设置困难,容易引起角部塌角和角部坑质量问题,建议改为图3(b)所示的直角或者钝角。
2.5 考虑车身焊接可达性
如后盖灯口、侧围尾灯口处预留出足够的焊接空间。如下图4某车型侧围后尾灯造型所示,侧围后尾灯端部过窄、夹角小且延伸尺寸较大,由于空间限制很难实现点焊,建议更改为冷金属过度焊或者更改造型。
2.6 结构稳定性
如图5某车型翼子板与A柱搭接区域造型,翼子板与A柱匹配区域为搭接结构,翼子板与侧围大面积无连接,有翘边风险,建议更改此处造型。
2.7 基因问题规避
由于造型设计带来的质量问题,必须在造型阶段提出。如图6(a)所示,某车型投产后出现过大天窗顶盖坑的问题,此问题难以通过工艺解决,在新车型造型阶段就要提出,建议增加加强筋规避此问题,如图6(b)所示。车身主断面设计是汽车车身设计中的重要环节,它贯穿于整个汽车车身设计开发过程中。从车身油泥模型制作开始到车身结构设计完成的整个过程中,它是车身造型阶段工程可行性分析的重要手段与工具,是指导车身结构设计的重要依据。车身主断面定义了零件之间的结构断面形式、搭接关系、可装配性、涂胶结构、工具可操作性等关系,通过工艺评审可以在结构设计前提前发现并解决一些问题。
3.1 焊接搭接边长度
焊接搭接边长度是主断面评审的一项重要内容,一般要求焊接边≥12 mm,如图7所示某车型B柱主断面结构,焊接边只有10 mm,存在焊接质量不良的问题,要求将焊接边加大到12 mm以上。
3.2 零件间干涉性检查
通过断面评审发现数据上存在的干涉点。如图8所示,某车型加油口座下部与侧围外板搭接处在上件过程中存在干涉点,需要消除干涉。
3.3 结构强度评审
主要评审安装装配中产品的结构强度、稳定性等质量问题。如图9所示某车型后保险杠下固定支架结构过长,强度不足易变形,影响安装质量,建议减短后保险杠固定支架结构,增加强度。
3.4 包边尺寸
压合包边是主断面评审中重要部分,主要评审包边长度和内外板间隙,包边太短影响包边效果,内外板间隙太小,则存在干涉风险。如图10(a)所示,前门外板与加强板搭接面为3.3 mm,影响包边效果。建议参照图10(b)所示压合包边评审标准修改搭接面为5~8 mm。
3.5 装配操作性
装配操作性评审是对人工操作可行性和便利性进行评审。如图11某车型后门安装铰链时为2个相反方向作业,操作不便,要求改为车身外部安装螺栓。在产品造型设计后的车身结构设计阶段,设计师会发放白车身结构数据,包括车身数据、焊点数据、涂胶数据、加工基准、BOM等信息。从首版结构数据发放到数据冻结前,工艺部门会根据不同版数据持续提出工艺评审,评审主要是针对产品装配性、焊接工艺性、加工基准合理性、夹具可实现性、借用件、涂胶、生产线的通过性、节拍合理性等方面,提高产品制造过程中的质量,降低投资,规避停台风险。
4.1 装配可行性
a.零件层级结构分析,层级结构决定了工艺,要求各分总成装配顺序与原有工艺一致,且结构简化。如图12(a)中,某车型设计时侧围内板A柱、C柱在B柱处搭接,且涂胶在不同件上,需二次涂胶,建议如图12(b)所示将C柱与B柱不搭接。b.零件装配干涉检查,分动态和静态检查。静态干涉检查包括零件搭接R角,非焊接面的间隙。动态检查即模拟实际装配过程,保证零件无干涉。如图13所示在装配侧围C柱总成过程中与侧围外板干涉,使外板变形或者装配不到位,建议将干涉部位切除。c.防错检查分析,主要关注结构对称或者相似的零件,防错方法主要是在零件上使用数字、字母、箭头或开孔进行标识防错。如图14所示,某车型顶盖行李箱支架为非对称件,螺柱左右两侧差异较小,容易装反,建议增加工艺缺口进行防错。d.工具操作性分析,应尽可能与现有生产线的通用装配工具共用,保证操作空间足够,降低操作难度。
4.2 焊接工艺性
a.焊装工艺主要有点焊、凸焊、螺柱焊、CO2焊、MIG(熔化极气体?;さ缁『福┖?、CMT(冷金属过渡焊)、激光焊等工艺,要分析是否有超出已有焊接工艺范围的工艺。b.焊接工艺的选择,考虑特殊部位选择不同的焊接工艺对零件质量的影响,如图15所示,某车型后背门尾灯处设计为CO2焊工艺,由于后门外板为薄板,CO2焊热量大,外表面容易变形,建议改为点焊,消除质量隐患。c.焊接可达性,即考虑零件结构、尺寸、形状与预估的夹具结构、焊钳是否存在干涉、障碍、刮碰,能否顺利实现焊接。重点关注狭小空间、形状复杂零件。通过评审确保工艺性良好,保证点焊、凸焊、螺柱焊、弧焊等焊接操作的顺利进行。如图16所示,某车型螺柱焊时螺柱周围空间不足,为保证定位精度,螺柱焊时焊枪需使用焊接样板,一般为圆形衬套导向,直径50 mm左右,因此焊接部位需要保证足够的焊接空间。
4.3 加工基准的合理性评审
加工基准评审主要目的是简化夹具结构,降低制造成本,提高操作便利性。如图17所示,某车型侧围内板基准孔所在平面角度的存在,使得定位机构需要倾斜设计,连接机构复杂,评审后取消凸台,使定位面与X面平行,简化了结构,优化了焊接空间。
4.4 夹具的可实现性
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