第十章汽车车身制造工艺

第十章汽车车身制造工艺结束篇概述•汽车车身是汽车的三大部件之一，需要满足外形美观、安全舒适和经久耐用的要求。是一个由钢板冲压焊接而成的形状复杂的空间薄壁壳体，而且通过表面涂漆、内外装饰等方法达到豪华精致、防蚀实用的效果。因此，汽车车身制造工艺主要包括冲压、装焊和涂饰等工序。•一、车身壳体的类型和制造工艺流程•车身壳体按照受力情况可分为非承载式和承载式两种：非承载式车身的汽车有刚性车架，车身与车架通过弹簧或橡胶垫等弹性元件柔性连接，具有较好的减振防振效果，各种负荷主要由车架承担；承载式车身的汽车没有刚性车架，只是加强了车头、侧围、车尾、底板等部位，车身和底架共同组成了车身本体的刚性空间结构，这种车身除了其固有的乘载功能外，还要直接承受各种负荷，因此要求具有较大的抗弯曲和抗扭转强度和刚度。非承载式车身和承载式车身各具特点，使用在不同用途的汽车上，通常货车驾驶室、客车、越野车和一些高级轿车采用非承载式车身，而大多数轿车和部分客车车身则采用承载式车身。•车身壳体按照结构型式可分为无骨架车身和有骨架车身两大类：无骨架车身没有专门的骨架零件，是由外部覆盖零件和内部饭件焊合而成的空间结构；而有骨架车身则先制作专门的骨架零件，再将钢板或覆盖件蒙皮装焊在骨架上形成车身。轿车、微型车和各种小型客车以及货车驾驶室等都采用无骨架车身，中、大型客车则一般采用有骨架车身。•无骨架车身是通过将钢板冲压成某种形状的车身零件或者将几个车身零件焊合后形成具有某种截面型式的“梁”，来增加刚性以保证其承载能力，而且车身的表面形状完全由覆盖件形成，车身覆盖件必须具有要求的形状和能保持这种形状的刚性，因此无论是用作承载式车身，还是非承载式车身，无骨架车身的零件一般都比较复杂，其覆盖件的表面质量也要求较高，具有较大的制造难度。无骨架车身的制造工艺流程所示如下：•有骨架车身的制造工艺大致包括车身骨架的制作、在骨架上蒙皮焊装及车身涂饰三个阶段。相对无骨架车身来说，由于有骨架支撑，除了局部有外观造型要求区域需采用较复杂的覆盖件外，其余蒙皮的形状较简单，要求也不高，而且由于中、大型客车的产量不是很大，因此其工艺水平相对较低。有骨架车身的制造工艺流程所示如下：二、汽车车身生产的特点•随着汽车生产批量的不同，车身的制造工艺流程虽然大致相同，但其生产方式、使用的设备及工艺装备、生产过程的机械化自动化程度会有很大的不同，因此其工艺特征有很大的差别。•在单件少量生产中，车身覆盖件的成形一般以饭金工艺为主，工人使用少量的胎具和工具进行手工操作，只有外观质量要求高的少数覆盖件才配备模具；车身的装配则是在平板上使用简易夹具和样架结合划线找正来定位，以保证各部分有合适的装配间隙；车身焊接只是部分采用点焊，仍大量采用气焊和二氧化碳气体保护焊，甚至手工电弧焊；常采用刮腻子和打磨的方法，使车身表面平整，表面涂饰则往往使用手工清洗和喷漆，漆膜一般不烘干而自然干燥。因此产品质量在很大程度上取决于操作工人的技术水平。•在小批量生产中，车身覆盖件的主要成形工序常采用钢板拼焊模、铸造模或低熔点合金模等简易模具，在液压机或机械式双动压力机上完成，然后使用一些专用胎具、样板在滚剪、振动剪设备上手工或配合一些机具来完成切边、翻边、冲孔等工序；车身装配一般在固定式装配台上进行，使用夹具对零件进行定位，车身互换性较差；焊接以点焊和二氧化碳气体保护焊为主；表面处理虽有简易喷漆室和烘干室，但操作仍多为手工；工序间的运输主要由行车或地面轨道轻便小车来承担。•在中批和大批量生产中，车身覆盖件在由数台压力机组成的冲压线上全模具成形，属于流水线生产形式；车身装配则采用多工位的有快速定位夹紧的固定式或随行式夹具的通用装配线，按工位完成合件、分总成和车身总装；焊接大量采用配有各种专用焊钳和焊枪的悬挂式点焊机，并少量采用多点焊机；车身的表面处理则在较完善的涂饰生产线上进行，具备脱脂、磷化、电泳底漆、喷漆室和烘干室等先进设施，工序间的运输使用滑道、输送带、悬链及专用叉车等，实现了机械化或半自动化。•在大量生产中，其机械化、自动化程度则更高。车身覆盖件的冲压大部分都在通用或专用的半自动或自动冲压生产线上完成，属于成批流水线和连续流水线生产；装焊和涂饰分别在实现了自动控制的专用生产线上进行，这些自动线大多装备了机器人和电子计算机等高科技产品。相对于其他普通机械产品，汽车车身生产具有以下较为显著的特点：•(1)作为汽车的重要组成部分，除了安全舒适的使用要求外，还有外观气质的艺术要求，因此其零件形状复杂，质量要求高，制造难度大。为了刚性和造型的需要，车身覆盖件多为空间曲面，而且尺寸大，有极高的表面质量要求，不允许有任何皱裂和拉痕等缺陷，这必须由合理的冲压成形工艺和高质量的冲压模具来保证；而且车身零件之间的连接必须圆滑光顺，这又依赖于可靠的装配工艺和准确的装配夹具来保证。因此，冲模和装配夹具是车身制造技术的重点和难点。•(2)汽车作为实用的交通工具，必须能够经受风霜雨雪和泥泞颠簸的侵蚀，这要求车身表面有很好的耐蚀性；而且，汽车作为现代生活独特的消费用品，还必须具有赏心悦目的视觉效果，这要求车身表面要进行高质量的装饰加工。因此，车身的表面处理要求很高，必须借助于先进的、专门的、复杂的设备和工艺，来保证车身表面的漆前处理和涂饰过程的高质量。•(3)车身结构复杂，零件繁多，一般情况下，货车车身的零部件约有400—700种，车和大客车的零部件则达500—800种，还有标准件和非金属零部件200—300种。因此，身所用材料品种规格很多，加工工艺复杂，生产性质多种多样。•(4)现代汽车生产类型一般以大批、大量生产为主，只有达到一定的生产规模才能实现低成本高效益，才能在日益激烈的市场竞争中立于不败之地。为了实现优质高产的目标，就必须使用先进的冲压生产线、装焊线、漆前处理线及涂漆线等生产设备，而且车身覆盖件质量要求高、尺寸大，需要大型压力机和模具，再加上大型厂房和配套工程，因此所需投资大，一般都需数亿或数十亿元，而且建设周期长。三、现代车身制造技术的发展趋势•随着人类科学技术的高速发展和对高质量汽车需求的急剧增长，汽车车身的制造技术不断向着高效率、高品质、高智能、低成本、低能耗和环保方向发展。•在车身冲压方面，实现了大型覆盖件的冲压生产机械化或自动化，坯料准备即卷料的开卷、校平、剪切和落料等的自动化以及冲压废料处理的自动化。而且大量应用计算机技术，目前正朝着CAD／CAM／CAE(车身设计、冲压工艺分析、冲模设计、冲模制造和车身制造)一体化系统的方向发展。•在车身装焊方面，已开始实现由大量使用悬挂式点焊钳的装焊生产线向以多点焊机为主的自动生产线过渡，并进一步实现机器人自动化装焊生产线的应用。•在车身涂饰方面，已大大加强环保意识，通过开发低污染涂料——粉基底漆及洁净面漆来降低车身生产对环境的污染。而且，通过更深入地将机器人、传感器和微电子技术应用于漆前处理和涂漆自动生产线，有望实现整个涂饰车间的自动化生产。第一节汽车车身冲压材料•以覆盖件为主的汽车车身冲压件所用的材料，一方面要保证有足够的强度和刚性以满足车身的使用性能要求，另一方面，还必须满足冲压生产过程中冲压工艺的要求。冲压用材料的质量是冲压工艺中一个非常重要的因素，它直接影响冲压生产的顺利进行以及冲压件的质量、寿命和成本。在实际生产中，可以通过提高冲压件的结构工艺性来改善冲压过程的变形条件，以降低对材料的质量要求；也可以通过选择具有适当冲压成形性能的材料，以适应冲压过程的变形要求，保证制件质量。前者依托先进的设计手段，科学评价材料的冲压性能，保证冲压件具有合理结构和性能，有利于降低制造成本，具有积极的意义。•冲压件有两类：一类是形状复杂但受力不大，要求钢板有良好的冲压性能和极好的表面质量，多采用冷轧深冲低碳薄钢板，车身覆盖件基本属于这一类；另一类零件形状比较复杂而且受力较大，要求钢板既有良好的冲压性能又有一定的强度，多选用冲压性能好的热轧低合金(或碳素)厚钢板，如汽车车架就属于这一类。•材料的冲压性能是指材料对各种冲压成形方法的适应能力。冲压性能好的板料应是便于冲压成形加工，单个冲压工序的极限变形程度和总的极限变形程度大，生产率高，容易得到高质量的冲压件，且模具损耗低，不易出废品等。一、冲压加工对材料的基本要求•冲压所用的材料，不仅要满足冲压件的使用要求，还应满足冲压工艺的要求和后续加工(如切削加工、电镀、焊接等)的要求。冲压工艺对材料的基本要求主要有以下几个方面：•量具有良好的冲压成形性能•(1)冲裁加工为保证冲裁件的断面质量和尺寸精度，其材料应具有良好的塑性和较低的硬度。通常软材料(如黄铜)的冲裁性能较好，冲裁件的断面较光洁且倾斜角度小；而硬材料(加高碳钢、低碳纲)冲裁后质量较差，脆性材料冲裁时则易产生撕裂现象。对于塑性差的材料或厚板，可采取加热冲裁的方法提高材料的塑性。•(2)弯曲加工用于弯曲成形的材料，要求具有良好的塑性、较低的屈服强度和较高的弹性模数。材料塑性越好，越不易产生弯裂；而材料的屈服强度越低、弹性模数越高，弯曲后产生的回弹越小，弯曲形状越难确。塑性好的材料，如含碳量小于0*2％的低碳钢、黄铜和铝等，弯曲件质量较好；脆性较大的材料，如磷青铜(QSn6．5—2．5)、弹簧钢(65Mn)等，要求工件有较大的相对弯曲半径，以避免产生弯裂现象；脆性很大的材料，也可采用加热弯曲的方法提高塑性，防止弯裂。•(3)拉深加工一般来说，材料组织均匀、晶粒大小适当、塑性好、屈强比o。／，b小、板平面方向性系数Af小、板厚方向系数r大、硬化指数n大的板料，变形抗力小，拉深过程中不容易产生局部严重变薄和拉裂，极限拉深系数较小，因而拉深性能好。含碳量小于0．15％的低碳钢、软黄铜(含铜量68％—72％)、纯铝及铝合金、奥氏体不锈钢等材料，拉深性能较好，适用于拉深加工。2具有较高的表面质量•对于板料的表面质量有以下要求：•(1)表面光洁表面不应有气泡、缩于L、划伤、麻点、裂纹、结疤、分层等缺陷，些缺陷部位在冲压成形过程中，可能会产生应力集中而造成开裂。•(2)表面平整翘曲不平的板料表面，会影响工件的定位稳定性而冲出废品；也可能出现板料变形展开而损坏模具；在拉深时则可能造成压料不均匀而影响材料的流向而引起拉裂或起皱。•(3)表面无锈板料表面的锈蚀或氧化皮，会对冲压成形、模具寿命、以及后续的焊装、涂装工序质量形成不利的影响。•3．材料的厚度公差应符合国家标准•因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，件的质量，还可能导致模具或压力机的损坏。若材料的厚度公差太大，不仅直接影响冲二、汽车冲压用钢板系列和成形性能•（一）汽车冲压用钢板级别分类•1）厚度小于2mm的深冲压用冷轧薄钢板和钢带一般用于冲压汽车车身的复杂覆盖件，其拉伸级别分为三级：ZF－冲制拉伸最复杂的零件；HF－冲制拉伸很复杂的零件；F－冲制拉伸复杂的零件。•2)厚度小于4mm的冷轧薄钢板的拉伸级别分为三级：Z-最深拉伸级；S－深拉伸级；P－普通拉伸级。•3）按钢板的表面质量分类钢板的表面质量分为四组：