淺談汽車(chē)車(chē)身工藝孔設(shè)計(jì)

王飛，李建國(guó)，周次心，倪海華，李文鵬，王兵

合眾新能源汽車(chē)有限公司 江西宜春 336000

汽車(chē)在制造過(guò)程中，需要通過(guò)車(chē)身工藝孔來(lái)保證焊裝、涂裝、總裝生產(chǎn)工藝過(guò)程的達(dá)成和產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此工藝孔在汽車(chē)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)有著重要的設(shè)計(jì)理念和嚴(yán)格的開(kāi)孔要求。工藝孔的設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行精準(zhǔn)SE分析，特殊要求的工藝孔還需要通過(guò)一定的論證或CAE軟件模擬對(duì)孔徑、孔距、孔位等要素進(jìn)行定義。

車(chē)身常見(jiàn)工藝孔按用途可以分為定位孔、焊接過(guò)孔、排氣孔、漏液孔、電泳孔、防打漂孔、注蠟孔、吊掛孔及安裝過(guò)孔等。

車(chē)身工藝孔功能及設(shè)計(jì)要求

1.定位孔

定位孔特指車(chē)身焊接定位孔，是焊接過(guò)程中，與夾具定位銷(xiāo)配合將工件的自由度進(jìn)行限制，以達(dá)到有效固定零件為目的，保證零件裝配制造精度的工藝孔。

定位孔的設(shè)定需考慮以下原則：

1）為保證最終定位精度，可借用高精度的裝配孔（光孔）為定位孔；或在精度要求比較高的位置設(shè)定定位孔/面，以保證最終的定位精度。

2）定位孔之間的距離應(yīng)大于該工件尺寸的2/3，過(guò)小會(huì)導(dǎo)致沖壓件本身旋轉(zhuǎn)晃動(dòng)的角度增大，不能保證焊接及裝配尺寸。

3）盡可能實(shí)現(xiàn)圓孔、橢圓孔定位，避免使用方孔、不規(guī)則孔等定位。

4）零件定位孔所在平面應(yīng)與車(chē)身坐標(biāo)系中的某一主平面平行，不允許曲面和雙斜面設(shè)計(jì)；定位孔設(shè)定在零件剛性相對(duì)較好的位置（比如使用臺(tái)階孔，一般臺(tái)階面大小尺寸為孔徑D+6～10mm），防止因定位引起鈑件變形，如果零件料厚太薄，可做凸臺(tái)面或翻邊處理（如側(cè)圍外板，可采用翻邊孔定位，翻邊孔直線長(zhǎng)度3mm）。

5）同一零件定位孔法線方向應(yīng)相互平行，并盡可能縮減同一零件/總成的定位孔平面間距離，并避開(kāi)焊點(diǎn)位置。

6）主副定位孔的設(shè)定需考慮上下焊接層級(jí)的延續(xù)性，且需與誤差積累方向一致。一般主副定位孔的設(shè)定遵循上主下副、左主右副、前主后副的原則。

7）定位孔中心位置坐標(biāo)值要求最少兩個(gè)方向?yàn)檎麛?shù)。

8）定位過(guò)孔直徑要比定位孔直徑至少大2mm，必要時(shí)可根據(jù)需要增大過(guò)孔孔徑。

9）形狀相似零件的定位孔孔距要求長(zhǎng)度不一，或定位孔大小不一，避免錯(cuò)裝。

10）定位孔大小根據(jù)零件尺寸大小，按表1進(jìn)行選擇。需密封的定位孔，建議根據(jù)零件庫(kù)中已開(kāi)發(fā)堵蓋規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表1 鈑金件尺寸與定位孔徑對(duì)照表（單位：mm）

2.焊接過(guò)孔

焊接過(guò)孔特指車(chē)身焊裝過(guò)程中，為保證有足夠的焊鉗進(jìn)出空間的工藝孔。焊接過(guò)孔存在兩種情況，一種是焊接過(guò)孔需通過(guò)電極頭并且避讓電極臂（見(jiàn)圖1），一種是焊接過(guò)孔避讓電極頭（見(jiàn)圖2）。

圖1 焊接過(guò)孔避讓電極臂

圖2 焊接過(guò)孔避讓電極頭

1）焊接過(guò)孔需通過(guò)電極頭并避讓電極臂的情況下，因使用的焊槍型號(hào)不同，需進(jìn)行焊槍模擬分析，根據(jù)分析結(jié)果確定開(kāi)孔尺寸。

2）與車(chē)身外部相通區(qū)域（如前地板）需要后道工序進(jìn)行封堵的焊接過(guò)孔，需結(jié)合相應(yīng)金屬堵蓋確定開(kāi)孔尺寸。

3）焊接過(guò)孔避讓電極頭的情況下，過(guò)孔與焊接面貼合時(shí)，焊接過(guò)孔的大小需超過(guò)焊鉗電極帽的直徑，一般要求≥φ16mm；當(dāng)焊接過(guò)孔與焊接面間距為0～20mm時(shí)，過(guò)孔直徑要≥20mm；當(dāng)焊接過(guò)孔與焊接面間距為20～70mm之間時(shí)，過(guò)孔直徑要≥25mm；當(dāng)焊接過(guò)孔與焊接面間距＞70mm時(shí)，過(guò)孔直徑要不小于40mm。注意空腔距離低于70mm時(shí)，過(guò)孔處通常為電極桿（φ16mm），超出70mm后，過(guò)孔處通常為電極桿座或粗電極桿（φ24mm），按表2中的要求進(jìn)行。

表2 焊接過(guò)孔孔徑對(duì)照表 （單位：mm）

3.排氣孔

排氣孔是指車(chē)身在涂裝前處理、電泳過(guò)程中，為排除積聚在板件、腔體最高點(diǎn)的空氣和氣泡所設(shè)計(jì)的，能有效保證前處理電泳功能的工藝孔。排氣孔的設(shè)定，需結(jié)合車(chē)身前處理電泳設(shè)備的輸送形式、擺動(dòng)角度、出入槽時(shí)間，開(kāi)閉件要結(jié)合工裝治具等工藝條件進(jìn)行綜合評(píng)判。

1）排氣孔的位置應(yīng)為白車(chē)身入槽姿態(tài)下或白車(chē)身在槽體內(nèi)擺動(dòng)時(shí)的腔體的最高點(diǎn)。

2）發(fā)蓋尖角、四門(mén)窗框加強(qiáng)板（復(fù)合式車(chē)門(mén)）、空氣室外板、后輪罩區(qū)域、后頂梁區(qū)域、封閉的梁類(lèi)、空氣室內(nèi)板及局部凸臺(tái)特征（水平面方向）高度超過(guò)5mm的面板或梁架等，需在合適的最高點(diǎn)設(shè)定排氣孔。

3）開(kāi)孔數(shù)量要根據(jù)鈑金件的面積及腔體體積進(jìn)行具體分析。

4）需密封的排氣孔，要考慮盡量沿用已有密封標(biāo)準(zhǔn)件。

5）排氣孔開(kāi)孔的形狀、尺寸在滿足此部位排氣的前提下，另考慮該分析部位的鈑金形狀、空腔體積、剛度要求、密封形式以及裝配操作性等因素。

4.漏液孔

漏液孔是指車(chē)身在涂裝前處理、電泳出槽過(guò)程中，在節(jié)拍時(shí)間內(nèi)為排盡地板、腔體等部位最低點(diǎn)積聚的液體，防止竄槽和電泳烘烤不良問(wèn)題而設(shè)計(jì)的工藝孔。漏液孔的設(shè)定，需綜合考慮生產(chǎn)節(jié)拍、出槽角度等工藝條件進(jìn)行。一般來(lái)講，漏液孔布置在零件的最低處，或局部凹臺(tái)特征深度超過(guò)5mm（水平面方向）。一般瀝液結(jié)構(gòu)有排液孔（圓孔、方孔、長(zhǎng)圓孔）。

1）車(chē)身排水性要求：一般要求車(chē)身完全出槽后20s內(nèi)瀝液斷線。

2）依據(jù)漏液孔位置、尺寸和數(shù)量，車(chē)型選定生產(chǎn)線的現(xiàn)場(chǎng)工藝資料，分析通過(guò)該漏液孔在生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)排出的液體體積是否大于該孔所處位置空腔體積，從而判定其是否能夠滿足排水性要求。如漏液孔不能滿足排水性要求，可采取增大漏液孔尺寸、變更漏液孔位置或在腔體最低點(diǎn)增設(shè)漏液孔等方法提出設(shè)計(jì)要求。

3）前后蓋的漏液分析應(yīng)結(jié)合工裝器具安裝后的開(kāi)起姿態(tài)。

4）漏液孔位置應(yīng)為白車(chē)身在出槽姿態(tài)下或完全出槽后腔體結(jié)構(gòu)的最低點(diǎn)。

5）漏液孔的大小及數(shù)量計(jì)算公式

式中S——漏液孔面積，單位為m2；

H——液體高度，單位為m；

V——空腔液體體積，單位為m3；

g——重力加速度，取9.8m/s2；

t——漏液時(shí)間，為20s。

6）漏液孔尺寸對(duì)應(yīng)的漏液孔面積參照表3。

表3 漏液孔孔徑與面積對(duì)照表

7）漏液孔常見(jiàn)開(kāi)孔尺寸見(jiàn)表4，需要密封的漏液孔，要考慮盡量沿用已有密封標(biāo)準(zhǔn)件。

表4 常用漏液孔尺寸 （單位：mm）

5.電泳孔

電泳孔是指用于防電磁屏蔽，保證白車(chē)身局部密閉腔體表面可以有效電泳而開(kāi)設(shè)的圓形孔、長(zhǎng)圓孔、方形孔等工藝孔。分析車(chē)身空腔結(jié)構(gòu)中電泳孔的位置、大小、間距，能否有效防止電場(chǎng)屏蔽問(wèn)題。如設(shè)計(jì)不合理，電磁力線不能進(jìn)入密閉的空腔，產(chǎn)生電場(chǎng)屏蔽，不能形成電泳漆膜或膜厚不足，從而產(chǎn)生銹蝕，導(dǎo)致防腐性能下降?？紤]車(chē)身結(jié)構(gòu)、零件位置及車(chē)身電場(chǎng)的因素有利于電泳液的進(jìn)入，電泳孔開(kāi)孔大小及距離標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

表5 電泳孔開(kāi)孔對(duì)照表 （單位：mm）

6.防打漂孔

防打漂孔是指為保證涂裝過(guò)程中車(chē)身快速浸入槽體、防止車(chē)身漂動(dòng)而設(shè)計(jì)的工藝孔。防打漂孔一般設(shè)定在前后地板面以及備胎槽面上，位置在底板的最低處，使車(chē)身入槽瞬間在1～2s內(nèi)停止漂動(dòng)。一般可以直接借用前后地板以及備胎槽上的漏液孔、焊接過(guò)孔。

7.注蠟孔

注蠟孔是指為滿足車(chē)身下部、整車(chē)使用工況為濕區(qū)的空腔及空腔鈑金件之間的搭接面具有設(shè)計(jì)的防腐能力，噴/注防腐蠟作業(yè)需求而開(kāi)設(shè)的工藝孔。

1）注蠟孔一般設(shè)計(jì)在空腔體的兩端，便于員工在注蠟操作時(shí)能保持勻速運(yùn)動(dòng)，使防腐蠟均勻的噴敷在腔體內(nèi)。局部由于被分隔、注蠟無(wú)法達(dá)到的腔體，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)注蠟孔，此時(shí)開(kāi)孔設(shè)計(jì)要滿足均勻注蠟需求。

2）注蠟孔的開(kāi)孔直徑不小于15mm，但注蠟孔可以在尺寸滿足的基礎(chǔ)上考慮借用其他開(kāi)孔，如定位孔、電泳孔、裝配孔等。

3）由于注蠟噴槍的轉(zhuǎn)子槍頭的深入長(zhǎng)度限制，空腔注蠟孔兩孔之間間隔不大于500mm（如果注蠟腔體被膨脹膠、鈑金隔斷，則需要同步分析時(shí)考慮重開(kāi)注蠟孔），保證防腐蠟?zāi)芡暾赝扛苍诳涨惑w內(nèi)，不出現(xiàn)噴涂死角。

8.吊掛孔

吊掛孔是指車(chē)身在焊裝、涂裝、總裝生產(chǎn)過(guò)程中，為滿足輸送吊具的支撐點(diǎn)而開(kāi)設(shè)的工藝孔，用以保證車(chē)身在吊具上穩(wěn)固安放和輸送行進(jìn)。車(chē)身吊具孔在長(zhǎng)度、寬度方向（X軸、Y軸）上要滿足相應(yīng)生產(chǎn)工廠吊具支點(diǎn)的尺寸要求。

如圖3所示，某工廠涂裝吊具支點(diǎn)銷(xiāo)大小為48mm×26mm、高度（b值）26mm，車(chē)身電泳吊具孔在深度（Z軸方向）c值應(yīng)≥35mm，孔位在操作時(shí)易于鎖緊和觀察。車(chē)身開(kāi)孔孔徑要求54mm×32mm，支點(diǎn)孔要有足夠的強(qiáng)度，一般做翻邊設(shè)計(jì)來(lái)滿足強(qiáng)度要求、翻邊高度H為5～6.5mm（含料厚、公差，參照基地吊具數(shù)據(jù)）且需小于基地吊具鎖緊基準(zhǔn)銷(xiāo)高度a值。

圖3 電泳吊具鎖緊示意

9.安裝過(guò)孔

安裝過(guò)孔是指為確?？傃b過(guò)程中員工可以順利操作安裝零件而設(shè)定的工藝孔。安裝過(guò)孔可分為避讓安裝工具過(guò)孔、避讓零件過(guò)孔和避讓手掌過(guò)孔三種類(lèi)型。常見(jiàn)開(kāi)孔區(qū)域及尺寸要求見(jiàn)表6。

表6 安裝過(guò)孔常見(jiàn)開(kāi)孔尺寸

10.其他

除以上各類(lèi)工藝孔要求外，需結(jié)合成本、防錯(cuò)、新工藝等要素進(jìn)行設(shè)計(jì)及分析。

1）有密封要求的工藝孔，除了滿足其本身的設(shè)計(jì)原則外，還需結(jié)合堵蓋零件庫(kù)選型確定開(kāi)孔尺寸，并且盡量減少堵蓋的種類(lèi)，即節(jié)約開(kāi)發(fā)成本，還有利于多車(chē)型共線生產(chǎn)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)物料倉(cāng)儲(chǔ)和物流。

2）借用孔的使用，可以在滿足工藝要求的前提下，通過(guò)借用一部分工藝孔達(dá)到降低鈑金開(kāi)孔的成本。

3）不同工藝之間的裝配孔（涂裝工藝、總裝工藝）進(jìn)行區(qū)別設(shè)計(jì)，有利于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)的防錯(cuò)需求等。

結(jié)語(yǔ)

車(chē)身工藝孔的開(kāi)孔原則是在車(chē)身設(shè)計(jì)和工藝分析實(shí)踐基礎(chǔ)上，既重視工藝需求又兼顧產(chǎn)品設(shè)計(jì)。隨著專業(yè)分析模擬軟件的廣泛應(yīng)用，電泳、排氣、漏液工藝孔的設(shè)計(jì)和計(jì)算會(huì)更加精準(zhǔn)，虛擬驗(yàn)證與實(shí)踐相結(jié)合反復(fù)論證將能給后續(xù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期與成本帶來(lái)更加積極作用。