轎車鋁合金外裝飾件研發(fā)探究

摘 要：基于汽車行業(yè)輕量化發(fā)展趨勢，筆者分析了鋁合金在車身外裝飾件上的應(yīng)用特點；列舉了曾負責的項目實例，對新產(chǎn)品（頂蓋裝飾條）研發(fā)過程中出現(xiàn)的銑削變形問題和組合式、自動化專用工裝的應(yīng)用情況進行研究，經(jīng)過對問題的理論分析和試驗，解決方案已經(jīng)運用到生產(chǎn)實際；通過該論文為后序類似產(chǎn)品的研發(fā)提供解決

依據(jù)和技術(shù)支持。關(guān)鍵詞：鋁合金外裝飾件；新產(chǎn)品研發(fā)；銑削力；自動化；組合式專用工裝

1 前言

目前，汽車工業(yè)已成為中國的支柱產(chǎn)業(yè)，近幾年來我國汽車產(chǎn)銷量連年增長，伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保有量增大，在促進我國制造業(yè)發(fā)展和給人們生活帶來方便的同時，也產(chǎn)生了油耗、排放和安全三大問題；輕量化是汽車工業(yè)節(jié)能減排的重要手段，而輕量化必然導(dǎo)致鋁合金在汽車上的大量應(yīng)用。鋁合金材料被認為是 21世紀最富于開發(fā)和應(yīng)用潛力的“綠色材料”。

基于汽車輕量化的發(fā)展趨勢，筆者對某車型車頂裝飾條在研發(fā)試制過程中出現(xiàn)銑削部位受力變形問題進行研究，通過對基材狀態(tài)檢驗和銑削力分析，筆者找到了銑削變形問題的產(chǎn)生原因，經(jīng)過人工時效調(diào)整基材的硬度，改變銑削方式，明顯改善了銑削部位的變形；公司研發(fā)過程中首次遇到銑削部位對裝車效果影響嚴重問題，筆者無經(jīng)驗參考依據(jù)，通過銑削理論分析，向有經(jīng)驗的工程師虛心請教，將問題逐步解決。經(jīng)過這段試制和摸索的過程，筆者體會到在技術(shù)道路上“黎明前就是黑暗”的哲學(xué)道理，同時增強了嚴謹、自信的工作作風(fēng)。除此之外筆者還對自行設(shè)計的頂蓋裝飾條組合式、自動化專用工裝在生產(chǎn)實際的運用情況進行對比說明，闡述了組合式、自動化專用工裝在實際生產(chǎn)中的作用；該組合式、自動化專用工裝是公司研發(fā)部門自主創(chuàng)新的第一套組合專用工裝，其通過生產(chǎn)使用，反響良好，確保了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)能；但是還有一些不足之處，例如基座的穩(wěn)定牢固性和鋸片的冷卻系統(tǒng)都是設(shè)計中欠缺考慮的部分；筆者將吸取此次的經(jīng)驗，在后序的研發(fā)工作中將繼續(xù)深入研究自動化、組合式專用工裝，使得鋁合金外裝飾件（以下簡稱“鋁外飾件”）的研發(fā)早日在公司內(nèi)部走向自動化、專業(yè)化的道路。

2 鋁合金在車身外裝飾件上的應(yīng)用特點

汽車外裝飾產(chǎn)品上使用的鋁合金多數(shù)是 6401和 6060系列的鋁鎂硅合金，根據(jù)表面處理的工藝不同其具體化學(xué)成分有明顯的差異。鋁外飾件以其特殊的表面處理工藝，為整車的外觀起到了錦上添花的作用；其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得在線裝配變的更加便捷和簡化，特別是在汽車產(chǎn)銷量快速增長的近幾年，穩(wěn)定簡捷的裝配工藝是提高主機廠生產(chǎn)率的有力保障。具體特點如下：

（1）鋁合金在常溫及高溫下均具有優(yōu)良的塑性，可以采用擠壓法制成截面形狀極為復(fù)雜、而且壁薄、尺寸精度高的鋁外飾件。

（2）鋁合金通過人工實效，提高其綜合機械性能，得到較高的抗拉強度、延伸率和硬度。

（3）汽車鋁外飾件回收再利用率高。

（4）利用完全退火或局部退火可產(chǎn)生較為軟質(zhì)的鋁合金，適用于各種成形加工及折彎、沖壓、深沖等加工。

（5）鋁合金具有優(yōu)良的耐蝕性、導(dǎo)熱導(dǎo)電及拋光性能。表面易自然生產(chǎn)一層致密牢固的 AL2O3保護膜，能很好的保護基體不受腐蝕；通過人工陽極氧化、著色氧化、電泳和噴漆等表面處理工藝，可以提高和改善鋁外飾件的光澤、耐堿等性能。

3 鋁合金外裝飾件研發(fā)存在的技術(shù)問題和解決方案

3.1 鋁合金外裝飾件截面設(shè)計特點

按工件的變形過程中的受力與變形方式（應(yīng)力—應(yīng)變狀態(tài)），鋁合金加工分為扎制、擠壓、拉拔、鍛造、旋壓成型加工（如冷沖壓、冷變、深孔等）及深度加工等。如圖 1所示，鋁外飾件的加工工藝涉及正擠壓、沖壓和彎曲三種受力變形，正擠壓運用從原料到型材的加工過程，沖壓和彎曲適用于從型材到成品的加工過程。

基于鋁合金的自身特點，通過高溫高壓擠出截面各異的鋁合金型材。列舉某項目鋁外飾件截面圖進行說明，鋁外飾件截面形狀需要與

車身的裝配方式結(jié)合進行設(shè)計，例如鋁外飾件的波紋立筋與金屬卡子插入式裝配（見圖 2-1和圖 2-2），塑料卡扣與鋁外飾件 T槽連接（見圖 3-1和圖 3-2），車門外骨架與鋁外飾件卡接（見圖 4-1和圖 4-2），除此之外還有眾多的截面結(jié)構(gòu)方案，在此不在一一列舉，總的來說，鋁合金擠出工藝穩(wěn)定，可以滿足各種異型鋁外飾件的截面形狀，在實際生產(chǎn)中適合多品種、大批量生產(chǎn)，其在車身外裝飾件方面的工藝優(yōu)于不銹鋼輥壓工藝，也優(yōu)于 ABS電鍍工藝。

3.2 鋁合金外裝飾件研發(fā)存在的技術(shù)問題和解決方案

3.2.1 銑削加工過程，出現(xiàn)加工變形。

某車型頂蓋裝飾條產(chǎn)品屬于某項目中開發(fā)難度較大的產(chǎn)品之一，其難點在于：

（1）與車身裝配的定位基準需要延車身 X向通長進行數(shù)控銑削加工，該基準的根部材料厚度尺寸是 0.6mm，其強度和剛性較差；

（2）成品件的面輪廓公差和彎度公差均為 1mm。

根據(jù)銑削加工原理，結(jié)合頂蓋產(chǎn)品的特點，該產(chǎn)品在數(shù)控銑立筋工序的定位和夾緊方式見圖 5。根據(jù)經(jīng)驗將刀具旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定為 5000 r/min～ 7000 r/min之間，進刀速度設(shè)定為 500mm/min～ 600 mm/min之間。鋁型材通過硬度鉗檢測后其韋氏硬度在 3～ 6之間。

基于以上的工藝參數(shù)、工位夾具夾緊方式和基材的硬度。在 1stTryout生產(chǎn)時出現(xiàn)了銑削部位的立筋歪斜現(xiàn)象，原立筋距離尺寸是

21.85±0.25mm，實際經(jīng)過數(shù)控銑削后的尺寸是 22mm～25mm之間，參見圖 6。

根據(jù)銑削部位的變形情況，我們進行以下幾方面的分析工作。

（1）分析基材狀態(tài)。追溯該工序之前的拉彎成型工序加工情況，并對加工尺寸和材料的力學(xué)性能進行跟蹤測量，實測值見表 1。

（2）分析銑削力。根據(jù)型材圖 7，發(fā)生變形的立筋根部尺寸是 0.6mm，必然銑削力與立筋根部的強度存在較大偏差。根據(jù)銑削力的影響因素，即工件的材料、工件的強度和硬度、切削量和刀具角度。以上影響因素在該產(chǎn)品的加工中具體分析情況是：

工件的材料。按客戶要求型材材料的牌號是 6060，即是不可變項。

工件的強度和硬度?？梢酝ㄟ^人工實效手段，在數(shù)控銑削前提高零件的強度和硬度。

切削量。產(chǎn)品 3D數(shù)據(jù)屬于客戶要求，即是不可變項。

刀具角度和刀具銑削方式。調(diào)整切刃角、切削刃和刀刃長度，以滿足加工為準，越小越好。銑削方式根據(jù)拉彎成型工序后立筋的偏斜方向進行調(diào)整，即數(shù)控銑削刀具旋向與其相反。

根據(jù)上述分析，我們對基材狀態(tài)進行了調(diào)整，即提高其硬度和強度（見表 2）；然后調(diào)整了銑削方式和刀具角度，在原產(chǎn)品的銑削設(shè)備、工裝上，按照原工藝參數(shù)進行產(chǎn)品加工，生產(chǎn)后的立筋變形明顯減少，即滿足了產(chǎn)品圖紙要求，現(xiàn)在已經(jīng)批量應(yīng)用于生產(chǎn)。

3.2.2 自動化、組合式專用工裝的應(yīng)用

不同的產(chǎn)品特點，其加工工藝截然不同。通長來說客戶端輸入一個新產(chǎn)品基本信息（包括 3D數(shù)據(jù)和圖紙）后，首先了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，相繼展開產(chǎn)品在車體上固定連接方式、 BOM表等一系列的技術(shù)信息的提煉；經(jīng)過對技術(shù)信息的匯總，編制出預(yù)期新產(chǎn)品開發(fā)工藝流程圖；結(jié)合初定的工藝流程圖，進行專用工裝模具和檢具的設(shè)計方案討論，該環(huán)節(jié)在新產(chǎn)品研發(fā)過程中及其關(guān)鍵。以上屬于研發(fā)工作的初期技術(shù)資料準備階段，也是中后期的鋪墊。如果工藝安排合理，專用工裝模具和檢具的設(shè)計、制造以及新產(chǎn)品的試制等具體的產(chǎn)品開發(fā)工作將會順利進行。筆者曾負責的頂蓋裝飾條產(chǎn)品開發(fā)中，自主設(shè)計了組合鋸切工裝，通過近期投產(chǎn)使用，顯現(xiàn)出自動化、組合式專用工裝運用在鋁外飾件生產(chǎn)中的優(yōu)勢，圖 8是該產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型圖片。

件在車身部件中起到舉足輕重的作用，其鋁外飾件做為各主機廠首選的類型，因此“如何將鋁外飾件的研發(fā)周期縮短，穩(wěn)定、高效、高質(zhì)的生產(chǎn)”是一個龐大的系統(tǒng)問題，它依賴于研

發(fā)經(jīng)驗的積累、計算機輔助設(shè)計技術(shù)、電器自該產(chǎn)品的長度約 2.4mm，與常規(guī)產(chǎn)品相比偏長，因此物流周轉(zhuǎn)困難，另外該產(chǎn)品的加工部位相對分散，造成加工基準不一致，累計誤差過大，在 OTS階段的機加過程是按分步工序加工和物流的方式生產(chǎn)，其具體產(chǎn)能和生產(chǎn)設(shè)備情況見表 3：

依據(jù)上述產(chǎn)能情況，假設(shè)生產(chǎn) 400套頂蓋裝飾條，整個機加車間連續(xù)生產(chǎn)周期是 2班次 5個工作日。該車型的月產(chǎn)量在 2500套左右，各工序的總生產(chǎn)周期累計約 24個工作日，后序的表面處理和裝配工序在當月沒有剩余生產(chǎn)時間。難以滿足主機廠的月產(chǎn)能計劃，也占用了公司固定資產(chǎn)。針對該產(chǎn)品加工部位銑削和鋸切的特點，筆者思考將局部加工整合成一套組合鋸切專用設(shè)備。具體如何實現(xiàn)產(chǎn)品各部位的加工精度是方案的關(guān)鍵，前期考慮利用程控方式驅(qū)動銑刀或鋸片實現(xiàn)各部位的加工，經(jīng)過方案預(yù)算造價較高，對于生產(chǎn)周期 8年總產(chǎn)量 27萬輛份的車型，昂貴的產(chǎn)品單價，失去企業(yè)的經(jīng)營目的。隨后筆者考慮用 PLC與電磁閥控制磁性汽缸，通過反饋位置信號，實現(xiàn)各部位的組合式自動加工，模具造價降低的同時，

設(shè)備的操作和維修相對簡單。在該專用工裝的設(shè)計中，筆者利用了車間閑置的 6臺 L銑頭，實現(xiàn)后端頭的鋸切和中部豁口的銑削見圖 9中 B區(qū)和 C區(qū)示意位置， A區(qū)是運用了皮帶傳動和杠桿原理，結(jié)合阻尼缸實現(xiàn)了快速切斷。各區(qū)域的運動情況用箭頭進行了示意。 A區(qū)、B區(qū)和 C區(qū)分別同步加工完成后，在沖壓區(qū)進行后端頭的沖前形和封頭加工。經(jīng)過跟蹤改進后的專用組合鋸切工裝的工時定額達到 45件 /1H/2人。縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，節(jié)約了生產(chǎn)場地，同時減少了產(chǎn)品的物流周轉(zhuǎn)時間，除此之外更重要的一項是廢品率降低。

通過對銑削變形問題和組合自動專用工裝的運用闡述，可以得出結(jié)論：鋁外飾件的研發(fā)重點在于產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定的前提下確保外裝飾表面質(zhì)量，因此要有合理的工藝流程、工藝參數(shù)以及自動化專用工裝共同構(gòu)架?，F(xiàn)代化制造業(yè)是一個多元化的行業(yè)，中國汽車零部件行業(yè)在這個多元化的行業(yè)中如同一只蘇醒的雄獅，正奔向國際化汽車零部件產(chǎn)業(yè)基地的平臺，眾多國際知名汽車品牌進入中國，給中國機械制造行業(yè)創(chuàng)造了生機，特別是國營和民營企業(yè)從中

技術(shù)問題和技術(shù)難題，通過實踐證明，只要鉆

研、勇于實踐和虛心請教，都可以得到解決。

4 結(jié)論

筆者僅是舉例介紹了中高檔轎車中鋁外飾

件在研發(fā)過程中出現(xiàn)的變型問題進行分析，并提出解決方案；除此之外還有其他研發(fā)技術(shù)問題，待進一步研究；通過該論文為后序類似產(chǎn)品的研發(fā)提供解決依據(jù)和技術(shù)支持；持續(xù)改進是個永恒的話題，新產(chǎn)品的研發(fā)工作只有起點沒有終點，追求“盡善盡美”是筆者始終不渝的奮斗目標。

通過從事中高檔轎車的新產(chǎn)品研發(fā)工作，做為一名年輕的技術(shù)人員需要在生產(chǎn)一線踏實的任勞任怨工作，虛心的請教學(xué)習(xí)，更要與時俱進、孜孜不倦的進步，不斷的完善更新知識結(jié)構(gòu)，才能增強自身的才干，將車身鋁外飾件的研發(fā)工作做的更加扎實。筆者將在后序的實際工作中要堅持一切從實際出發(fā)的原則，應(yīng)用馬克思主義哲學(xué)原理，結(jié)合機械設(shè)計理論，客觀的分析問題、解決問題，為中國鋁外飾件領(lǐng)域的科技研發(fā)進步做出貢獻。

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作者簡介

劉文莉：學(xué)士學(xué)位，高級工程師。研究方向：汽車零部件研發(fā)及工藝裝配自動化。

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