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[涂装] 汽车涂装同步工程概述

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发表于 2020-6-4 09:15:12 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车涂装同步工程概述

李欣*,邬波,易炜

(浙江吉智新能源汽车科技有限公司,浙江 杭州 311228)

【中国汽车材料网】摘要:介绍了汽车涂装同步工程的特点,阐述了汽车开发周期不同阶段同步工程的工作内容。从设备(包括生产线通过性和机器人操作能力)、质量(车身内外电泳质量)、工艺(人机工程)等方面对工程数据阶段同步工程的应用进行了详细的探讨。对涂装生产线定位系统、机器人操作能力、排气沥液、电泳能力、防腐性、密封性、堵盖和阻尼片操作,以及工装挂具安装孔等方面进行了分析。
关键词:汽车开发;电泳涂装;同步工程
在汽车行业飞速发展的今天,全球各汽车企业都致力于推出新产品来抢占市场。如何缩短新车型开发周期,提高产品质量,降低开发成本,成为了车企研究的头等大事。以往车企在开发车型中,只注重研发设计,而忽略了制造的可行性,导致在后期试制及批量生产过程中出现各种各样的问题。涂装作为汽车制造四大工艺之一,对整车起着防腐、密封和装饰作用,即在保证车身经多年使用而不会发生锈蚀甚至锈穿的严重问题出现的同时,又保证整车的密封性、优秀的外观装饰性和乘车人的舒适性。为了实现以上功能,必须在车身设计阶段充分考虑涂装工艺的可达性,这便要求车身设计与工艺评审必须同步进行,进而衍生出涂装同步工程的理念[1]。

1 汽车涂装同步工程概述
同步工程即Simultaneous Engineering(SE),是美国学者于20 世纪80 年代中期提出的。它是指在产品开发过程中工艺人员参与同步设计,促使开发人员始终统筹考虑从概念形成、产品设计、投产制造,最后到售后问题反馈整个产品生命周期内的所有因素,包括开发周期、制造成本、售后问题、人员、设备、材料、方法、环境等的一种工作方法,旨在尽早地发现问题和解决问题。
比如某车企由于前期同步工程工作不到位,后期市场反馈,车身多个部位出现严重锈蚀问题,如图1所示,该问题已经严重影响汽车的质量,遭到媒体的广泛报道。车企遭到用户的索赔,只能对车辆进行召回整改,对问题部位进行设计变更,重开模具,既耗费大量资金,又影响品牌形象。
据统计,车企在开发新产品时采用同步工程后,设计变更数量可减少近50%,开发周期可缩短40% ~60%,开发费用可降低30% ~ 40% [2]。
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图1 某车型车身锈蚀部位

Figure 1 Rusted position of a car body


涂装同步工程在整车开发过程中始终以白车身为研究对象进行工艺分析,主要包括涂装工艺可行性、车身耐蚀性、车身密封性、喷涂可达性等方面。以上分析要充分与涂装生产线相结合,在现有工艺、设备能力可达范围内进行准确评估,以及为实现设计目标而进行的生产线改造的可行性等。例如一条前处理电泳输送若采用步进式的低成本涂装生产线,则相较于Ro-Dip 生产线,其对车身结构及开孔部位有着截然不同的工艺标准。因此,工艺评估要因地制宜,不能千篇一律。
随着科技的不断进步,同步工程工作也融合了很多计算机软件进行辅助设计。现如今,电泳仿真、排气沥液仿真、涂胶仿真、烘烤仿真、腐蚀仿真、喷涂轨迹仿真等获得了广泛的应用,仿真结果对提高工作效率,缩短开发周期,提升分析工作的准确性有显著的帮助,使同步工程工作更具备科学性[3]。


2 汽车涂装同步工程的特点
2. 1 贯穿于整车开发全流程
整车开发包括概念确认、设计评审、修改、验证等几个重要环节,同步工程在各个环节都发挥着重要的作用。前期需要工艺工程师向设计部门提出制造需求、工艺限制条件来约束设计。设计阶段,工艺工程师针对设计发布数据进行工艺评审,提出整改意向,设计工程师根据各专业的评审结果综合考量,优化数据来满足每个专业的制造可行性。当实车上线后,前期所有的工艺问题均需要逐一验证,针对遗漏及开口问题项变更设计方案。
2. 2 重点在同步进行
同步工程意为同步开发,一款车型的数据至少分V0、V1 和V2 三个版本。如新开发平台化车型更是区分下车身架构独立开发及上车身独立开发,数据版本更多,每个版本的数据侧重点各有不同。工艺评审需要伴随着设计同时进行,工艺工程师需要将工艺理念及标准实时传递给设计工程师。为了提高制造水平,工艺人员也需要经常参加车展、年会、论坛等技术交流,并与供应商建立友好关系,通过交流来不断增长见识,提升知识储备,以便提高本公司的制造能力。只有在群策群力、共同进步的前提下,车型开发才会更加顺利,新车型才能更加智能化和科技化。
2. 3 关注现有工艺的可达性
任何的设计都要转化为生产。同步工程的产生亦是为保证车型量产更加顺利,满足现有的生产节拍、工序和工位排布,最重要的是保证产品质量。早期车企造车工艺不参与设计,样车直接导入车间生产,诸如质量标准不明确、工位划分不清晰等问题导致过往车型遗留缺陷增加,当很多问题突然暴露,即造成停线,影响正常生产,而此类问题完全可以在设计阶段得以规避。如今工艺提前介入,且车企逐步建立独立的试制车间作为缓冲,能为解决潜在问题提供时间与空间上的支持。总之,同步工程就是建立在设计与生产之间的桥梁[4]。


3 汽车涂装同步工程的工作内容
汽车的开发周期很长,尽管不同车企的开发周期会有所不同,但普遍划分为以下几个阶段:概念阶段、工程数据阶段、样车试制阶段和量产阶段。涂装同步工程主要涉及到车身的防腐、密封和外观质量,这些问题无法采用工艺手段来弥补。为了避免问题在后期暴露而措手不及,必须在开发前期开展工艺分析。
3. 1 概念阶段
在此阶段会定义车型的外轮廓尺寸,闭合件数量及开启形式,以及车身外CAS(Concept A Surface,即初步造型)面、主断面。如果是新建涂装线,那么主要考虑CAS 面及主断面的工艺性;如果是导入现有生产线,线体的最大通过尺寸及前处理电泳输送形式是主要的限制条件,决定着目标车型的概念走向,如车型A、B、C 级别,开闭件数量及开启形式等。
3. 2 工程数据阶段
涂装同步工程的主要工作都体现在此阶段,可以归纳为3 个方面,即设备、质量和工艺:设备方面主要分析生产线通过性和机器人操作能力;工艺方面主要分析人机工程;质量方面主要是车身内外电泳质量。下面逐一进行阐述。
3. 2. 1 涂装生产线定位系统分析
车身定位系统是白车身在车间内搬运的基础信息。对于新建车间,要保证导入车型的定位系统能够平台化或标准化。比如,一个滑橇包含4 个支撑,能够承载所有车型,这是最理想的状态,尽量避免不同支撑对应不同车型。对于老车间导入新车型的情况,车型的定位系统应尽量满足现有的支撑方案。支撑共用的好处是规范化管理、维修方便及减轻重量。要注意车型在滑橇上的相对位置不能超出滑橇边缘,避免出现重心偏移而导致倾斜及存储区追尾的事故发生。图1 所示为滑橇支撑偏多,下车身需要反复修改、充分避让才能完整匹配。
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图2 某车型下车身与滑橇之间的匹配状况

Figure 2 Matchability between underbody of a car and the skids


3. 2. 2 机器人操作能力分析
涂装机器人包括涂胶机器人和喷漆机器人。每个机器人随着车身的前进都有各自的操作空间,此时新车型的尺寸、操作区域不能超出机器人的可达范围,以避免出现机器人操作角度刁钻等影响设备寿命的情况。
3. 2. 3 排气沥液分析
排气可以避免车身腔体顶部出现气室,而造成在前处理过程中很快发生锈蚀的问题;沥液可以避免不同槽体的处理液串槽,而导致不同化学药剂混合,发生化学反应,引起沉淀、失效等不利因素,影响整车的电泳质量。
车型电泳质量是涂装防腐的关键因素,空腔排气、积液同样是影响车身电泳的重要因素,工艺工程师要模拟车身进出前处理和电泳槽体时的角度,模拟排气沥液时间,对车身每一个腔体进行排查,秉承顶点排气,底端沥液的原则,将所有风险部位筛查出来,针对问题点提出开孔方案或优化车身结构。
3. 2. 4 电泳能力分析
单凭排气和沥液孔就想使整车电泳完全是不现实的。电泳成膜的重要条件之一是电场线可以全面覆盖需要电泳的区域,覆盖越全面,电泳效果越好。因此需要对车身追加更多的电泳孔。最佳方案是形成对穿孔,使电场线能够通过电泳孔形成闭环,以便实现整车电泳。孔越多,电泳效果越好,但是开孔会降低钣金的强度,影响安全性,因此要平衡开孔尺寸、位置和数量。既要保证车身强度安全,又要保证电泳效果,是对工艺工程师的最大挑战。
3. 2. 5 防腐性能分析
电泳涂层固然对车身防腐起着关键作用,但无法全面解决边缘锈蚀、止口外露和搭接边迎风等问题。湿区加速同样对锈蚀起着促进作用,解决此问题便要求工艺工程师对车身结构设计有着丰富的经验,承担过多个整车项目全流程开发,善于识别结构风险部位,并且能够对解决方案提出建设性意见。
3. 2. 6 密封分析
汽车涂装第二项重要工作就是密封,它建立在良好的车身结构、合理的钣金搭接和优秀的焊接工艺基础之上。保证密封性就是在焊缝处涂布密封胶。涂胶操作分为粗密封、细密封、喷涂PVC、精修等4 种工艺,工艺人员要充分识别焊接边对应的密封工艺,及时反馈给设计工程师,避免出现后期无法补救的问题。例如图3 所示的门槛部位,工艺识别该区域涂胶外观不良且装车后外露。如果精修,操作工需要弯腰操作,疲劳度增加,且会影响节拍,然而受结构限制,设计拒绝更改,以至于后期生产时经常收到质量部门对涂胶外观质量的投诉。此问题通过修改冲压件切边加涂胶精修,才勉强得到改善。
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图3 某车型门槛部位的涂胶轨迹

Figure 3 Sealing track of the threshold position of a vehicle


3. 2. 7 堵盖、阻尼片操作分析
堵盖、阻尼片同样是涂装需要完成的操作,为的是完成密封及隔音降噪。涂装首先要识别堵盖及阻尼片的型号种类,以少种类多沿用为原则。车身堵孔尽量尺寸统一,可以节省工时,增加可操作性。阻尼片尽量做到形状规整,不易破损,对称件可互换,多磁少胶。由于所有操作均手工完成,因此堵盖和阻尼片不能出现在孔洞、盲区、切割边等容易伤手的区域。
3. 2. 8 工装挂具安装孔分析
工装挂具的安装点规划至关重要。门盖的开启把手、简易锁紧装置等大多采用销定位的形式,对应车身的受力点也仅仅是局部安装点。工艺人员不仅要对辅助工装规划合理的安装点,而且要有能力判断安装点的强度。例如某车型后背门辅助把手安装点如图4 所示,背门内板为0.7 mm 厚的冷轧板,且内部没有加强件,强度明显不够。由于前期分析不足,导致背门内板经常被开启把手牵拉变形,影响内饰安装,涂装经常遭到总装及质量的投诉。此问题尽管是设计问题,修改背门内板非常困难,但工艺人员也难辞其咎[5-8]。
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图4 某车型后背门辅助把手安装点

Figure 4 Installation points of rear door auxiliary handle of a vehicle


3. 3 样车试制阶段
完成上述理论分析,涂装SE 并没有结束,实车验证即是对前期工作的检验。在样车试制过程中首先需要完成电泳车身拆解,拆解的车身冲压件外观应良好,无锈蚀,无重油,全流程焊接,不能少件、少焊、少胶,工作挂具齐全。电泳前,应充分记录前处理电泳参数,如电压、电导率、固体分、pH、链速、电泳时间等,要保证涂装参数处于平稳、正常的工艺状态。车身拆解过程要先拆卸开闭件,再使用电钻逐个破坏焊点,不能使用等离子切割、气焊切割等对电泳膜有破坏的方式进行切割。拆解后充分记录拆解件内外板的膜厚,并拍照留存。对电泳不良的区域进行系统分析并寻找解决方案。样车试制同样需要完成对涂胶、堵盖、阻尼片、喷漆的工艺验证,全程记录操作工时,充分体验人机感受,对不足之处进行有效整改。


4 结语
随着汽车工业的不断发展,车企之间的竞争愈演愈烈,如何在保证产品质量的情况下,整合现有的资源,减少投入,缩短产品开发周期,是每个企业迫切需要解决的问题。然而汽车从设计开发到市场投放是一项复杂而艰辛的系统工程,将同步工程融入车身设计阶段,确实大大提高了未来的车身质量,极大缩短了开发周期,减少了模具设计变更,节约了大量的人力和生产成本。涂装同步工程是一项复杂而全面的工作,要求从业人员具备全面的涂装专业知识和整车开发经验,善于总结和发散思维,将理论与生产相结合,同时能够借助相关的分析软件进行数字化模拟。只有这样,才能使整车开发最终实现事半功倍的效果。


参考文献:

[1] 闫润娟. 汽车涂装同步工程工作内容的探讨[J]. 现代涂料与涂装, 2015, 18 (5): 63-65.
[2] 华云, 王建军, 周晶, 等. 汽车设计中的涂装同步工程实施[J]. 上海涂料, 2015, 53 (10): 30-32.
[3] 马向凯, 武京斌, 闫润娟, 等. 基于理论的涂装同步工程研究及应用[J]. 上海涂料, 2010, 48 (3): 37-39.
[4] 李建新. 现代汽车车身开发关键技术及应用[J]. 机电产品开发与创新, 2005, 18 (5): 64-66.
[5] 李黎. 同步工程在长安汽车开发中的运用[J]. 高科技与产业化, 2006 (11): 68-69.
[6] 司进华, 李婷婷. 整车开发过程中的涂装同步工程[J]. 现代涂料与涂装, 2013, 16 (12): 48-50.
[7] 华云. 汽车开发中的涂装同步工程[J]. 汽车工艺与材料, 2009 (11): 11-13.
[8] 段琳. 汽车开发中涂装同步工程综述[J]. 化学工程与装备, 2014 (11): 189-191.


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