汽車底盤零部件先期樣件試制過程分析

王 科， 李 浩， 吳紀(jì)軍

（南京星喬威泰克汽車零部件有限公司， 江蘇 南京 211100）

0 引言

隨著世界工業(yè)化的快速發(fā)展， 汽車更新?lián)Q代的周期也日益縮短。但樣車制造的每個階段不能節(jié)省，這就要求樣車試制速度必須加快， 需要在有限時間內(nèi)完成各項測試，從而減低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險[1]。 主機廠如果所有樣件均自制，在人力、時間、場地及項目協(xié)調(diào)上會有巨大投入，所以大多主機廠樣車制作大多采用以散件打包外發(fā)或干脆整車打包外發(fā)的策略。如何管控好各部件的制作周期、費用和質(zhì)量等關(guān)鍵因素顯得尤為重要。文章將以底盤件為例，展開試制過程的討論。

1 試制過程

1.1 試制計劃排定

在排定計劃之前，要先對試制工作進(jìn)行WBS 模塊化任務(wù)分解[2]，再對各模塊任務(wù)進(jìn)行子任務(wù)分解。 根據(jù)以往試制經(jīng)驗及當(dāng)前的任務(wù)難易程度， 排出各子任務(wù)的完成周期。 計劃可采用里程碑法對主要開發(fā)任務(wù)以及重要節(jié)點進(jìn)行編制， 里程碑計劃通過建立里程碑和點檢各個里程碑的完成情況， 來控制試制工作的進(jìn)展和保證實現(xiàn)總目標(biāo)。

排試制計劃也是一種點檢， 從中可以邏輯推理出計劃主要包括任務(wù)、起止時間和責(zé)任人，見圖1。一項任務(wù)起止時間確定后，為確保周期內(nèi)完成任務(wù)，有必要增加應(yīng)急措施[3]。 一項任務(wù)的風(fēng)險識別，可以用烏龜圖來表達(dá)完成，如圖2 所示，是某沖壓件快速樣件實現(xiàn)的過程，通過細(xì)化輸入、輸出、人員安排、需求資源、使用方法和評價標(biāo)準(zhǔn)等，要從中提前識別出風(fēng)險項。

圖1 某項目試制計劃

圖2 烏龜圖表達(dá)沖壓件快速實現(xiàn)過程

計劃排定后，需要整理出關(guān)鍵路徑，以識別出各子任務(wù)之間的先后完成關(guān)系，達(dá)到有序管控的目的。 關(guān)鍵路徑是計劃中任務(wù)順序持續(xù)時間最長的路線， 其中任意一個任務(wù)拖延都會引起整個計劃延后。 試制周期是由關(guān)鍵路徑上的任務(wù)決定的。

1.2 沖壓件快速實現(xiàn)方案

沖壓件按造型可分為平板件、翻邊/翻孔件、拉延件等，如圖3，根據(jù)不同的板厚及不同的強度等級，需要決策不同的取件方案。針對平板件、有造型的特征孔和邊可采用激光切割方式進(jìn)行；針對有造型的面，則需要開簡易模具成型， 模具的模芯材質(zhì)可根據(jù)成型產(chǎn)品的材質(zhì)強度和取件數(shù)量選取， 模座可以與其他模具共用， 若不能共用，可用成本較低的鋼板模。針對要求比較高的壓裝球頭和襯套等特征邊和面，則需要采用機加工的方式進(jìn)行。

圖3 沖壓件

1.3 套管件實現(xiàn)方案

套管類產(chǎn)品通常用冷鐓工藝是較高效的方案，見圖4。在較少量且周期短的試制階段， 可用圓鋼采用機加工的方式，以避免冷鐓工藝的模具制作周期和費用。如果基于成本考慮， 因機加工的單件成本一般是高于冷鐓單件成本的，可根據(jù)試制量的大小，要計算出冷鐓工藝和機加工藝的成本平衡點， 最終決策用哪種工藝較經(jīng)濟。

圖4 套管件

1.4 橡膠襯套及球頭類實現(xiàn)方案

橡膠件及球頭類產(chǎn)品或含特殊材質(zhì)或特殊工藝的單件一般聯(lián)合專業(yè)廠家共同開發(fā)， 見圖5，以外購件的方式入廠。

圖5 橡膠襯套及球頭

1.5 焊接夾具實現(xiàn)方案

焊接夾具是影響總成產(chǎn)品質(zhì)量及試制效率最重要的因素， 較優(yōu)的夾具方案對總成產(chǎn)品尺寸控制、 焊接可達(dá)性、操作方便性及生產(chǎn)節(jié)拍都有保證。

焊接拆序原則：單件凸焊/弧焊標(biāo)準(zhǔn)件→小總成→大總成。 對于精度要求不高的尺寸，可以放在小總成拼焊，對于精度要求較高的尺寸，為避免多次變形貢獻(xiàn)量，一般放在大總成拼焊。

焊接夾具結(jié)構(gòu)要求：①定位與圖紙、檢具一致。 合理的定位方式有利于尺寸調(diào)整，盡量與檢具的定位一致，避免尺寸轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差；②焊接空間足夠。足夠的焊接空間給操作者或機器人提供了更多的焊接姿態(tài)選擇， 有利于保證焊道形狀及熔深要求；③Base 板、定位和夾緊機構(gòu)強度確認(rèn)。由于焊接內(nèi)應(yīng)力的作用，夾具各結(jié)構(gòu)的強度要滿足產(chǎn)品反變形要求，Base 板一般選用整體鋼板加工比型材拼焊的強度要高；④其他細(xì)節(jié)要求。對于尺寸較大的單件，僅主、副定位銷較難完全定位，可在夾具上適當(dāng)增加輔助支撐面以保證單件的姿態(tài)一致性； 如果用套管內(nèi)面特征做定位，定位銷一般選用削扁銅銷，見圖6，一方面減少接觸面，方便插拔操作，另一方面銅質(zhì)材料可防焊渣粘接；如果焊接位置挪動頻繁，則夾具需要增加萬向輪；如果產(chǎn)品有環(huán)狀焊道，建議增加手動轉(zhuǎn)臺，見圖7，一方面方便底部焊接作業(yè)， 另一方面也避免取下補焊或二次裝夾后導(dǎo)致產(chǎn)品焊接變形。

圖6 削扁銅銷定位

圖7 手動轉(zhuǎn)臺焊接夾具

圖8 產(chǎn)品總成檢具

1.6 檢具實現(xiàn)

檢具是確認(rèn)產(chǎn)品尺寸最直接的工具。 根據(jù)試制數(shù)量和產(chǎn)品的復(fù)雜度決定是否新制作檢具，如果試制量小于10 臺或檢測項目較簡單的產(chǎn)品， 可以用三坐標(biāo)或掃描的方法確認(rèn)產(chǎn)品尺寸，反之，建議新制作檢具。 檢具的用途主要有兩個，一個是產(chǎn)品在焊接調(diào)試過程中，抓取變形量，更直觀的調(diào)整夾具或單件的狀態(tài)，另一個是產(chǎn)品尺寸的全檢，提高檢測效率。針對檢具的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的選擇，主要看檢測頻次及產(chǎn)品量產(chǎn)形狀的變化量， 如果僅是試制階段使用，可用價格便宜且易加工的樹脂材質(zhì)，如果計劃用于量產(chǎn)，則需要用耐磨材質(zhì)，結(jié)構(gòu)上也要完善，滿足人機工程，便于檢測人員操作。

1.7 焊道檢測

焊道檢測是對焊道外形及截面質(zhì)量的量化輸出，是保證焊接強度的必要手段。焊道外形主要包括焊道長度、焊渣、焊瘤、氣孔等；焊道截面質(zhì)量按單件不同的搭接方式有不同的評判標(biāo)準(zhǔn)， 例如圖9 是T 型搭接焊道截面標(biāo)準(zhǔn)， 必須滿足板間隙g≤1.2mm、 熔深H≥0.12Tmin（Tmin為薄板厚度）、焊腳長F≥1.2Tmin、焊高L≥0.8 Tmin 要求。

圖9 T 型搭接焊道截面

1.8 涂裝及壓裝工藝

涂裝是鋼質(zhì)底盤件為防銹、防腐、提高使用壽命等必須的工藝。產(chǎn)品涂裝時掛姿的選擇，對產(chǎn)品涂裝后的外觀質(zhì)量有決定性的影響。 掛姿不好，會有漆膜厚度不均勻、露白底、水痕、針孔、花斑等缺陷。 所以在項目開展前期，涂裝工藝也是必須要點檢的內(nèi)容， 且涂裝前要對焊接總成件進(jìn)行全檢，不能漏件、漏焊、焊道缺陷等，否則涂裝后再返修，會影響漆膜質(zhì)量。 圖10 是涂裝線現(xiàn)場。

壓裝主要針對一些橡膠襯套和轉(zhuǎn)向球頭。 壓裝過程需要監(jiān)控壓入力曲線，并要找出拔出力與壓入力的相關(guān)性，以確保拔出力滿足設(shè)計要求。 樣件試制階段可以使用萬能試驗機，但需要特制壓套工裝，見圖11，且效率較低。

圖10 涂裝線

圖11 壓裝橡膠襯套

1.9 總成交付前確認(rèn)

總成交付前評審是交到客戶前的最后一道防線，主要從產(chǎn)品外觀、單件數(shù)量、單件是否漏工序和包裝規(guī)范四方面展開。 表1 是某產(chǎn)品交付前評審內(nèi)容。

表1 某產(chǎn)品交付前評審內(nèi)容

2 成本分析

試制樣件一般是少量的手工件 （一般10～50 臺份），試制過程產(chǎn)生的費用主要有：產(chǎn)品材料費、工裝費、人工費和制造費（含設(shè)備折舊、場地維護(hù)、生產(chǎn)輔料和包裝物流等）等。試制數(shù)量越少，單臺分?jǐn)偟墓ぱb費越高。在穩(wěn)定產(chǎn)品狀態(tài)前，前期調(diào)試的時間基本固定不變，所以產(chǎn)品試制數(shù)量越少，人工費占比越高，成品率低，導(dǎo)致材料費也高，制造費也高。 圖12 是底盤沖焊件按30 臺份成品統(tǒng)計的成本構(gòu)成。

圖12 試制件成本構(gòu)成

3 結(jié)論

樣件試制項目，需要排周密的試制計劃，任務(wù)層層分解成小任務(wù)，識別出各任務(wù)的風(fēng)險，并有效管控，保證項目在計劃內(nèi)完成。 樣件試制在一套流程化操作規(guī)范的前提下，才能確保試制產(chǎn)品的質(zhì)量，有效控制試制周期及試制成本，為整車測試研發(fā)贏得了寶貴時間。