淺談大眾汽車車身銳棱工藝

文/馮銀成，王靖宇，趙紹昕，劉益成，魏春誼·一汽—大眾汽車有限公司

本文概括了大眾汽車車身銳棱造型的來源、工藝原理、維護(hù)方法、修復(fù)方法等，較全面的描述了銳棱工藝的全貌，論述了降低銳棱修復(fù)成本和縮短維修周期的方法，以及處理外板棱線對不齊問題的方法，可以在車身銳棱生產(chǎn)維護(hù)過程中起到指導(dǎo)作用。

銳棱成形的來源和意義

大眾集團(tuán)采用獨(dú)具特色的銳利設(shè)計(jì)，將展示車身特色棱線即特征線的銳度R 做到接近0值(文中簡稱“車身銳棱”)，使汽車更加硬朗、有型、時(shí)尚、動(dòng)感(圖1)。這些棱線除了具有對汽車型面轉(zhuǎn)折的標(biāo)識作用以外，還攜帶了大量的設(shè)計(jì)語言、品牌、空氣動(dòng)力學(xué)和制造工藝等與造型設(shè)計(jì)相關(guān)的信息。

圖1 車身銳棱造型

圖2 銳棱形態(tài)簡圖

大眾集團(tuán)的銳棱概念起源于希臘藝術(shù)和產(chǎn)品奧迪特評審體系的融合，車型棱線和制件匹配圓角要求越來越小，逐步進(jìn)化成獨(dú)特的銳棱工藝，近十年來大眾汽車設(shè)計(jì)語言也由圓潤飽滿過渡到棱角清晰的個(gè)性化、動(dòng)感化、新潮化，并一直將風(fēng)格延續(xù)至今。銳棱車型的棱線一般在車的中上部貫穿車身，整體線條流暢簡潔，線條與尾部造型交相輝映，形成濃縮的空間深度感和強(qiáng)烈的視覺沖擊力，充分地表現(xiàn)出車身各部位相互疊錯(cuò)起伏的層次關(guān)系，車身輪廓運(yùn)用側(cè)面輔助銳棱，從視覺上降低了整車的重心。通常圓角半徑小于等于6.5mm、弧長小于2.5mm 的棱線就可以稱之為銳棱，近年大眾集團(tuán)車型的車身銳棱圓角半徑多在3mm 左右。

銳棱成形的原理及特點(diǎn)

銳棱的成形原理

銳棱成形跟凸凹模的曲率有關(guān)，根據(jù)銳棱形態(tài)可分為三種，雙正曲率、正負(fù)曲率、復(fù)合曲率，如圖2所示。目前大部分銳棱模具，均為雙正曲率，成形過程中，板料包裹凸模流動(dòng)，制件銳度由凸模銳度決定。

銳棱按成形方式可分為兩大類，一類是拉延直接成形，另一類是拉延預(yù)成形后在后序二次整形。二次整形法的銳棱可以獲得比一次拉延成形更加犀利和流暢的視覺效果。

拉延模一次成形，通過板料拉伸走料成形。在凸模凹模工作下死點(diǎn)時(shí)，銳棱兩側(cè)10mm 左右進(jìn)行強(qiáng)壓，間隙為0，制件棱線兩側(cè)著色均勻，如圖3 所示。

二次整形法的棱線先通過拉延模進(jìn)行預(yù)拉延，通過后序第二次整形，使制件銳棱達(dá)到設(shè)計(jì)要求。銳棱尖角銳利，能夠達(dá)到R0.5+料厚。且能實(shí)現(xiàn)制件多條棱線設(shè)計(jì)的需求，缺點(diǎn)是精度要求高、棱線區(qū)域回彈大，如圖4 所示。

圖3 銳棱拉延成形示意圖

圖4 銳棱二次整形成形示意圖

一汽—大眾公司從2011 年高爾夫6 車型上開始采用銳棱技術(shù)，銳度逐步提升，工藝逐漸進(jìn)步，從單一的拉延銳棱工藝過渡到二次整形銳棱工藝，沖壓成形材質(zhì)也從鋼板過渡到鋁板，均取得了成功。

在實(shí)際的工裝中，銳棱需通過極限的沖壓件模具制造工藝實(shí)現(xiàn)(圖5)：先將模具的凸模棱線R 挑銑為零，并用凹模配合凸模棱線R 進(jìn)行強(qiáng)壓成形，使沖壓板料充分包裹棱線R 成形出極銳利的造型，來實(shí)現(xiàn)車身零件的銳棱效果。銳棱成形圓角較小違背常規(guī)的沖壓原理，不利于板料的拉深成形。銳棱制件最主要缺陷是：拉裂、縮頸、滑移線、暗坑、回彈等。在銳棱研修時(shí)，為了能夠保證得到更加清晰完好的銳棱，凸模和凹模強(qiáng)壓位置必須100%著色，并且要達(dá)到極高的光潔度，否則在制件上會(huì)產(chǎn)生缺陷，銳棱處研修所需時(shí)間是其他同等面積研修的4 ～5 倍。

銳棱日常維護(hù)及監(jiān)控方法

圖5 模具銳棱工藝

如上所述的沖壓模具銳棱成形工藝，在實(shí)際生產(chǎn)中面臨維護(hù)難題：銳棱成形區(qū)的模具棱線R 過銳，在高速、高壓的沖壓生產(chǎn)條件下易磨損，磨損后的模具棱線R 會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)狀態(tài)變化和沖壓件棱線效果的變差，反映到整車上會(huì)導(dǎo)致車身棱線變鈍、棱線銳度不均勻等質(zhì)量問題，如圖6 所示。所以需要建立一套穩(wěn)定可靠的日常維護(hù)和監(jiān)控方法，盡量避免缺陷發(fā)生。

目前，一汽—大眾對銳棱模具的日常維護(hù)方法包括：⑴銳棱附近區(qū)域維護(hù)方法(圖7)，先將銳棱兩側(cè)各50mm 區(qū)域內(nèi)清擦干凈，銳棱兩側(cè)各10mm 范圍內(nèi)貼膠帶遮擋保護(hù)，然后選用1200#～2000#砂紙或者砂紙包裹油石進(jìn)行拋光，拋光方向沿銳棱呈45°交叉進(jìn)行。絕對禁止使用砂紙或油石清除銳棱兩側(cè)各10mm區(qū)域內(nèi)膠帶殘留。⑵銳棱區(qū)域維護(hù)方法(圖8)，使用2000#～2500#砂紙包裹油石，油石平行于棱線方向進(jìn)行輕柔推光。

圖6 車身銳棱鈍化

圖7 銳棱附近區(qū)域維護(hù)主要步驟

圖8 銳棱區(qū)域維護(hù)

為了避免銳棱出現(xiàn)質(zhì)量問題，需要定期對銳棱外表面件和銳棱模具進(jìn)行監(jiān)控，以達(dá)到提前預(yù)警的目的。銳棱尖銳的造型方式導(dǎo)致三坐標(biāo)測量設(shè)備無法對其進(jìn)行測量。因此需要用光學(xué)掃描的方式來測量和判定其狀態(tài)的好壞。銳棱磨損的根本原因是棱線截面圓弧R變鈍(圖9、圖10)，磨損后，理論數(shù)模的銳棱輪廓線R1(藍(lán)色)變大為實(shí)際的銳棱輪廓線R2(綠色)。因此， R1 ～R2 的差值定義為檢測弦長(Inspection Widths)作為衡量銳棱變化的評價(jià)值。

圖9 車身銳棱區(qū)域數(shù)模

圖10 車身棱線銳棱截面示意圖

伴隨著銳棱造型變化和工藝的發(fā)展，現(xiàn)行的銳棱評價(jià)參數(shù)又引入了圓弧角度α 的因子，并通過數(shù)學(xué)公式表達(dá)成為棱線銳度特征值(DLM)使銳棱評價(jià)更加客觀和準(zhǔn)確，DLM 值越大，棱線的目視效果越尖銳，如圖11 所示。

圖11 車身銳棱DLM 評價(jià)方法

銳棱的修復(fù)方法

沖壓模具銳棱在服役期內(nèi)面臨著雜物墊傷、打磨損傷等意外損傷問題，以及沖程次數(shù)增加引起銳棱磨損的問題，而由于銳棱成形工藝的特殊性，無法用常規(guī)方法修理(若局部修理會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重質(zhì)量缺陷)。通常對于銳棱修復(fù)，考慮到銳棱區(qū)域局部燒焊研修會(huì)帶來變形、裂紋、氣孔等表面缺陷及鉗工手工修復(fù)難度高等風(fēng)險(xiǎn)，德國大眾方面往往采取模具復(fù)制或模具整體降銑，重新研配兩種方式。但這兩種方式成本高、周期長，無法滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)需求，經(jīng)過多年實(shí)踐探索，一汽—大眾模修自主研創(chuàng)出一整套銳棱快速修復(fù)方法，可將修復(fù)周期由3 個(gè)月降低到兩周，成本由100 萬元以上降低到20 萬元以內(nèi)，該方法已申請國家發(fā)明專利。從工作對象角度可分為拉延修復(fù)法和整形修復(fù)法兩類。

拉延修復(fù)方法：主要步驟包括前期掃描分析對比、數(shù)據(jù)處理、燒焊處理、機(jī)械加工、手工研修和最終狀態(tài)分析確認(rèn)六大步驟，如圖12 所示。

圖12 車身銳棱快速維修步驟

其中關(guān)鍵步驟為燒焊處理以及手工研修環(huán)節(jié)。根據(jù)模具材質(zhì)和坡口參數(shù)選擇合適的焊條(焊絲)進(jìn)行焊接。焊接軌跡及焊接層厚度需遵循“焊絲封邊+分層焊接+分組焊接+分序焊接”焊接策略以避免焊接缺陷產(chǎn)生。研修時(shí)要整體均勻降高度，在某一范圍要交叉研修一遍，再整體輕輕光一遍。且兩次研修區(qū)域停止位置不重合。棱線處研修到最后要留量，用油石、合金研板順，防止棱線處被打低。最后整體到量連接上后，用油石包砂紙沾洗油整體拋光使整體順接好，砂紙由小號到大號依此類推。

整形修復(fù)法：車身銳棱經(jīng)拉延模成形后，該銳棱區(qū)域還存在整形工序時(shí)，則優(yōu)先采用后續(xù)的整形工序模具對棱線強(qiáng)壓整形修復(fù)方法來修復(fù)(恢復(fù))沖壓模具銳棱(圖13)。整形工序模具比拉延工序模具優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)小，調(diào)整更方便，因此車身銳棱有整形工序時(shí)，優(yōu)先選擇整形銳化方法。該方法技術(shù)方案與拉延模棱線堆焊機(jī)加修復(fù)方法近似，但實(shí)施對象為整形工序模具。需注意，整形工序模具焊接時(shí)需選用硬度大一些的焊條(焊絲)。

銳棱Z 向調(diào)整方法

銳棱制件對焊裝的裝配工藝也有嚴(yán)格的要求。此前的裝配要求為保證制件形狀輪廓間隙和型面平度對齊即可；現(xiàn)今銳棱車型首先要保證的是銳棱交接處的Z 向?qū)R，其次，再調(diào)整制件輪廓間隙和型面間隙。新工藝標(biāo)準(zhǔn)使焊裝白車身的裝配順序發(fā)生改變，增加了許多基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面，增加了裝配難度和裝配時(shí)間。銳棱Z 向?qū)Σ积R的問題在批量生產(chǎn)過程中越來越多的出現(xiàn)，需要?jiǎng)?chuàng)新解決辦法。

某車型后蓋與側(cè)圍尾燈處棱線對不齊，偏差量1mm，影響整車美觀以及總裝調(diào)整工時(shí)，若根據(jù)產(chǎn)品面直接做回彈補(bǔ)償重構(gòu)棱線將面臨A 面缺陷的極大風(fēng)險(xiǎn)，且可能引起其他的匹配問題，因此創(chuàng)造性的構(gòu)思采用局部棱線偏移方法，在不改變當(dāng)前產(chǎn)品狀態(tài)的情況下對棱線位置度進(jìn)行局部調(diào)整。首先利用產(chǎn)品造型面的曲面特點(diǎn)，借助軟件進(jìn)行模擬分析，將棱線下交叉面降低，降低后的新面與上面產(chǎn)生新交叉棱線，在目視位置將有明顯的上移效果，通過模擬計(jì)算和校核后確認(rèn)，將棱線下平面降低0.4mm，可以得到棱線頂點(diǎn)上移1.0mm 的效果(圖14、圖15)。按照以上分析的方法進(jìn)行拉延降形面，后序隨形處理得到了良好的優(yōu)化效果(圖16)。

圖13 銳棱優(yōu)化前后對比圖

圖14 模擬優(yōu)化前后對比圖

圖15 理論簡圖

圖16 某車型后蓋棱線Z 向匹配優(yōu)化對比圖

結(jié)束語

本文梳理總結(jié)了車身銳棱的概念、工藝、維護(hù)、優(yōu)化等相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和案例，伴隨著銳棱造型在汽車行業(yè)的廣泛應(yīng)用，以及新材料的采用，未來車身銳棱工藝將會(huì)越來越成熟，也將會(huì)有更多的優(yōu)秀案例和工藝方案出現(xiàn)。