白車身切割工藝及應用

摘 要：介紹汽車白車身制造中的切割工藝應用，從產(chǎn)品設計及車身制造工藝兩個方面分析車身車間采用切割工藝的原因驅動，探討了白車身制造中實施車身切割工藝的設備類型及應用方案，為白車身切割工藝方案的深入研究和應用提供參考。

關鍵詞：白車身;切割工藝;柔性

中圖分類號：U463.8? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2019）04-133-04

引言

隨著轎車市場需求的多樣化，整車企業(yè)不斷通過豐富車型種類來提升市場競爭力。同時也不斷提升整車的連接質量、匹配質量，控制制造成本以取得質優(yōu)價優(yōu)的競爭優(yōu)勢。在白車身制造過程中，除了焊接、膠接、折邊等常規(guī)工藝外，車身切割工藝也逐步應用。本文通過介紹汽車車身制造中的切割工藝應用，從產(chǎn)品設計及車身制造工藝兩個方面分析車身車間采用切割工藝的原因驅動，探討了白車身制造中實施車身切割工藝的設備類型及應用方案，為整車開發(fā)同步工程及為白車身切割工藝方案的深入研究應用提供參考。

1 白車身切割工藝

汽車白車身是指尚未進行噴漆的汽車車身，一般主要包括底板、左側圍、右側圍、車頂、后圍板、四門及前后蓋等車身部裝件。白車身制造過程一般是通過定位工裝將需要拼合的零件進行定位夾緊后，綜合運用電阻點焊、涂膠連接、螺栓連接、沖壓鉚接、折邊等工藝將沖壓單板零件及進廠級分總成零件在車身車間連接成包含四門兩蓋的白車身總成。而在特殊情況下，也會存在側圍分拼或白車身制造主線上將沖壓過程余料或總成上未割孔零件，在車身車間進行過程余料去除或割孔的工藝，如圖1所示。白車身切割工藝是指通過專用設備將成形零件的邊緣修切整齊，或切成所需形狀，或割出制造過程用孔等去除金屬的工藝，從而解決產(chǎn)品設計及沖壓零件搬運的制造問題，并滿足整車造型及匹配質量等要求。

2 車身切割工藝實施驅動

2.1 產(chǎn)品造型設計

產(chǎn)品工程在產(chǎn)品設計過程中，造型設計直接影響白車身外覆蓋零件狀態(tài)，如白車身的側圍外板零件。一般情況下，外覆蓋件在完成沖壓后，由機器人帶機械手從模具中將沖壓零件取出，并搬運放置到零件傳輸皮帶，由傳輸皮帶輸送至人工下料工位。在機械手放零件及皮帶傳輸運送零件的過程中，零件板金需要一定的剛度以確保零件在跌落及傳輸過程中不產(chǎn)生塑性變形。當車型造型設計的外覆蓋件較為平坦時，單件可能存在剛度問題，為保證零件制造運輸過程中的剛度，一般需要在沖壓零件易變形區(qū)域增加加強撐腳或板金連接余料，作為沖壓工藝加強的過程余料，從而保證在沖壓下料過程中零件不發(fā)生變形，而該余料需要在車身車間進行切割，以符合產(chǎn)品最終設計要求。因此在前期產(chǎn)品同步工程過程中，沖壓工藝需評估造型設計的合理性和可制造性，綜合考慮造型及制造問題確認是否需要增加切割工藝。

另外，產(chǎn)品工程在進行特別車型設計或為滿足某些功能要求時，也會出現(xiàn)局部零件寬度較小的設計，如滑移門車型C柱寬度優(yōu)化設計以保證中導軌支架安裝功能和滑門進出空間需求;前門門框寬度設計截面優(yōu)化設計以獲得更好的A柱視野，從而使側圍外板零件在C柱或A柱處局部板金設計寬度較小，在白車身總成上強度剛度雖然符合要求，但沖壓單件上可能需要設計過程加強工藝余料，以確保沖壓單件的剛度。因此這種工藝過程余料需要在車身車間完成分總成焊接，滿足足夠剛度后再進行切割，以滿足整車造型及功能的要求。

2.2 車身制造工藝

在車身制造過程中，為提高車身匹配質量，減少操作工調整工藝，車身工藝在規(guī)劃過程中也會驅動將部分表調工裝用定位孔及后舉門安裝孔在車身車間進行切割，即結合Vision系統(tǒng)在主線上進行割孔工藝。如車身車間表調線工裝定位孔由供應商來料自帶改在車身車間主線完成割孔，可以實時地根據(jù)每輛車實際尺寸位移偏差值進行測量計算，由專門的機器人帶割孔設備進行割孔，以縮短表調安裝工藝的尺寸鏈，提高整車匹配質量。另外，白車身傳統(tǒng)的后舉門安裝方法一般是人工使用定位工裝來實現(xiàn)，存在匹配精度不穩(wěn)定、人工反復調整導致操作工時上升等問題，為了根本性地解決此類問題，降低運營操作工數(shù)量，也可根據(jù)每輛車實際尺寸位移偏差值，在車頂后橫梁零件上沖出后舉門對應的安裝凈孔，使得生產(chǎn)操作人員能不用工裝直接把后舉門安裝到白車身上，減少生產(chǎn)操作人員反復調整的非增值工作。車身工藝驅動的割孔需求可以通過對產(chǎn)品的制造需求輸入給產(chǎn)品工程，定義所割孔的尺寸，以保證設備的共用性，減少多種孔徑種類帶來的設備投資增加[1]。

3 切割設備及應用

鋼板切割是常見于機械加工和模具制造等行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)工藝，常規(guī)工業(yè)上的鋼板切割有火焰切割，水刀切割等，其中機械切割或激光切割無需動火，設備簡單一般在整車的車身車間應用。

3.1 切割專機

針對產(chǎn)品造型設計原因驅動的沖壓工藝過程余料，由于切邊位置隨車型造型原因無法做到統(tǒng)一，因此切割設備只能在單一車型零件上專門使用，該切邊設備由切邊機底座、上模、下模、壓力驅動系統(tǒng)組成，同時設計余料導槽，確保從零件上切下的廢料可以從切邊機中滑出。在工裝設計上優(yōu)先考慮將切割設備集成在焊接工裝上，完成零件上料之后對零件進行定位夾緊，再進行焊接和切割操作。切邊專機應用可不占用額外場地面積，無需機器人抓手等設備進行取放料操作，可以降低制造成本，但需要對工位的操作節(jié)拍進行分析，在滿足操作節(jié)拍的情況下采用集成式切割工藝。

若因工裝空間受限或因焊槍進槍干涉等問題無法將切邊設備集成在工裝上時，一般工藝排布時考慮在零件進行焊接工藝操作后，再由機器人通過抓手抓取分總成零件，然后移動至獨立切邊機上進行切割操作，如圖6和圖7所示。切割專機一般用于整車生產(chǎn)線的分拼工位，需要增加額外的場地放置切割專機，同時增加了機器人專用抓手等裝置，且專供單一車型使用，制造成本較高，柔性比較差。

3.2 機械沖孔

白車身制造過程中，機械沖孔設備用于零件工裝定位孔及零件安裝孔的切割。利用機器人Vision視覺引導系統(tǒng)測量白車身實際尺寸后，通過系統(tǒng)迭代計算后確認所需沖孔的精確位置，再將位置信息傳遞給機器人，由機器人抓取沖孔槍設備在零件上進行沖孔操作。沖槍設備通常為C型槍結構，如圖8所示，利用氣液增壓裝置產(chǎn)生的沖程力，將兩層或多層板材穿透[2，3]，被沖下的板材廢料通過沖孔的廢料收集裝置收集，規(guī)避了板件在被沖的過程中廢料直接掉落在白車身里的風險。沖孔槍上模具型號的選擇和材料屬性有較大關系，因此在模具選型時必須使用和實際零件材料完全一致的板材進行試驗，包括板材供應商、板材型號、厚度均需與實物零件一致，否則選擇的模具無法與實物零件匹配[4]。這種沖孔設備可以集成在整車的尺寸測量或白車身的后輪罩滾邊工位，工藝布局圖如圖9所示。不同車型沖孔尺寸相同時，可根據(jù)不同車型孔的位置調整機器人沖孔軌跡程序實現(xiàn)設備共用，有一定的柔性，同時應用機械沖孔設備無需構建專用遮光房體，但沖孔槍體本身比較重，一般選用大型機器人抓取，相對于激光割孔而言沖孔精度較低。

3.3 激光切割

激光切割是一種利用激光光束聚焦產(chǎn)生的能量來實現(xiàn)切割的工藝[5]。柔性激光在線切割系統(tǒng)包括機器人帶激光頭如圖10所示，激光發(fā)生設備及水冷系統(tǒng)，通過視覺系統(tǒng)引導激光切割，可以實現(xiàn)不同車型不同形狀的板金切割。車身車間的激光切割系統(tǒng)可以排布在白車身制造的主線單獨工位如圖11所示，包含4臺vision測量機器人分別測量白車身前部和后部的尺寸，2臺激光切割機器人，用于白車身前部和后部的割孔需求。優(yōu)化的激光切割機器人布置位置可滿足白車身前后測割孔要求，為白車身水箱上橫梁和后舉門切孔及側圍切割預留空間。三維激光切割技術可以取代沖孔設備和切邊設備，不僅減少了切割專機的數(shù)量，節(jié)省設備采購成本。同時機器人帶激光頭切割比沖孔槍及切割專機設備的柔性高，可以針對不同車型不同位置不同切割軌跡進行切割操作，且在新車型引入生產(chǎn)線時，對現(xiàn)有生產(chǎn)線的改動較小，無需新增設備。激光切割也有一定的局限性，即切割對象需是單層板，且因為沒有機械結構引導落料，零件切割位置需要滿足落料要求，另外，零件切割處垂直方向無零件遮擋以滿足激光切割的進槍空間，同時，需要構建激光房房體，形成安全防護，一次性投資較高。

4 結語

本文介紹了切割工藝在汽車白車身制造中應用，提出針對產(chǎn)品造型驅動的切割工藝會導致設備及占地面積的增加，因此在產(chǎn)品工程開放的同步工程階段應詳細分析并盡量避免以降低生產(chǎn)成本及提高產(chǎn)品的易制造性。針對車身制造工藝驅動的切割工藝，除在產(chǎn)品開發(fā)時輸入共用孔徑信息外，在白車身制造方案規(guī)劃中需綜合考慮設備共用性、投資成本及割孔精度等，合理選擇車身切割工藝的設備類型及應用方案，從而實現(xiàn)多車型生產(chǎn)柔性化，設備投資和人員數(shù)量最優(yōu)化，提高產(chǎn)品開發(fā)效率，降低整車制造風險及制造成本。

參考文獻

[1] 陳錫榮，王立影.車身工藝虛擬評審[J].汽車制造業(yè).2016，24：51～53.

[2] 黃志超.板料連接技術進展[J].鍛壓技術，2006，31（4）：119～122.

[3] 過志強，殷國亮.視覺引導的機器人關節(jié)空間動態(tài)軌跡規(guī)劃[J].自動化儀表，2015： 36（3）：77～80.

[4] 姚曉春，金林鋒.后舉門凈孔安裝結合Vision在線沖孔應用[J].汽車制造業(yè).2017，1：38～41.

[5] 沈海平，陳欣，陳陽.光纖激光切割技術[J].電焊機.2013，7：51～56.