白靖，陳家儉

汽車涂裝工藝可制造性分析

白靖，陳家儉

（1.一汽-大眾汽車有限公司天津分公司批量規(guī)劃科，天津 301500； 2.一汽-大眾汽車有限公司天津分公司涂裝車間，天津 301500）

文章介紹了汽車開發(fā)過程中與其同步進(jìn)行的涂裝可裝配性，可制造性分析，以及其對于保證產(chǎn)品可制造性，產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品成本的影響。

可制造性分析；涂裝；ENP；前處理電泳；涂膠；面漆

前言

隨著新車型的不斷出現(xiàn)，在車型開發(fā)前期進(jìn)行可制造性分析這一技術(shù)手段的重要性日益凸顯。ENP（Entwicklungsn ahe planungsleistungen）是規(guī)劃可制造性分析的德文縮寫，也稱同步工程（SE，Simultaneous Engineering），是從產(chǎn)品規(guī)劃和生產(chǎn)的角度配合產(chǎn)品開發(fā)部門進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和可制造性的評價。意在產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)過程中，工藝提前介入，協(xié)助產(chǎn)品開發(fā)部門優(yōu)化產(chǎn)品制造工藝，提前輸入制造工藝實(shí)施對產(chǎn)品的要求，改善提高產(chǎn)品的可制造性，輔助產(chǎn)品更容易在制造階段實(shí)現(xiàn)。

可制造性分析的意義在于由于工藝的提前介入，將原本到工藝實(shí)施時才會出現(xiàn)的問題提前進(jìn)行分析和預(yù)測，并提出解決方案，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)和后期的工藝實(shí)施無縫對接，從而達(dá)到降低研發(fā)成本投入的目的。

ENP可制造性分析主要涉及車型開發(fā)部門和規(guī)劃部門，其中規(guī)劃部門負(fù)責(zé)收集實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問題，并提出改進(jìn)建議，對研發(fā)部門提供的工藝標(biāo)準(zhǔn)和車型數(shù)模進(jìn)行檢查，提供生產(chǎn)工藝信息，用來確認(rèn)車身的可通過性，可噴涂性，可裝配性等等可制造性評價信息。

1 可制造性分析在大眾康采恩產(chǎn)品開發(fā)里程碑節(jié)點(diǎn)中的角色

1.1 大眾集團(tuán)產(chǎn)品開發(fā)時間節(jié)點(diǎn)

根據(jù)大眾康采恩標(biāo)準(zhǔn)，新產(chǎn)品開發(fā)主要經(jīng)歷如下階段，即PF（Projekt Feasibility項(xiàng)目確認(rèn)）、KE（Konzept-Entschied概念確認(rèn)）、BF（Beschaffungs-Freigabe采購認(rèn)可）、LF（Lauch- Freigabe啟動認(rèn)可）、SOP（Start-of-Production開始量產(chǎn)）等等階段，其中項(xiàng)目確認(rèn)在量產(chǎn)前39周開始，此時也是ENP可制造性分析開始的階段。

在產(chǎn)品開發(fā)的PF階段，即項(xiàng)目確認(rèn)階段，獲取產(chǎn)品開發(fā)部提供的組織機(jī)構(gòu)圖，與相關(guān)的設(shè)計師進(jìn)行溝通，并且提供給設(shè)計師該車型所在的涂裝車間相關(guān)工藝和設(shè)備信息。

從產(chǎn)品開發(fā)的KE即概念確認(rèn)階段，規(guī)劃部門自KVS系統(tǒng)上下載最新的產(chǎn)品三維數(shù)模，并且根據(jù)DMU平臺上的相關(guān)信息，參與同步工程小組例會。在與設(shè)計師進(jìn)行針對于開發(fā)車型的大量的溝通和交流后，參照現(xiàn)生產(chǎn)車型的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，最終輸出終版的車型設(shè)計數(shù)據(jù)。確保車型的設(shè)計數(shù)據(jù)滿足車間相關(guān)生產(chǎn)工藝，并且在滿足大眾集團(tuán)防腐標(biāo)準(zhǔn)的前提下，為生產(chǎn)提供最大便利性和可操作性。

在LF（啟動認(rèn)可）至生產(chǎn)啟動階段，規(guī)劃部門對產(chǎn)品開發(fā)部門提供的數(shù)據(jù)更改進(jìn)行評價，以生產(chǎn)出最優(yōu)質(zhì)量的產(chǎn)品。

1.2 同步工程小組

涂裝的同步工程主要涉及同產(chǎn)品開發(fā)部門在相關(guān)領(lǐng)域的合作。根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)部門的分工，分為若干個同步工程小組，稱為SET（Simultaneous Engineering Team）小組，每個小組負(fù)責(zé)開發(fā)車身的不同組成部分以及其相關(guān)的工藝和配置信息。

白車身設(shè)計的同步工程小組分成SET-K1至SET-K6六個小組（K是德文Karosserie的縮寫，代表白車身），分別負(fù)責(zé)底板，防腐，前部，外部，前后蓋，門。涉及涂裝的同步工程小組為白車身防腐小組，編號為SET-K2。主要負(fù)責(zé)白車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計和防腐工作。

圖1 車門工裝孔

圖2 總裝車門安裝件要求

在白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，除了考慮車身強(qiáng)度，零件的可安裝性之外，還需要考慮是否滿足車身防腐設(shè)計的要求以及涂裝進(jìn)行噴涂時的便利性。

各小組之間需要進(jìn)行相互交流和合作。例如在工裝的設(shè)計過程中，根據(jù)設(shè)計要求，門內(nèi)板必須設(shè)置安裝工裝的孔，改孔需要在總裝車間使用安裝件封閉，要保證在工裝的使用過程中，安裝孔不被損壞，并且最大的直徑為10mm，為此，需要負(fù)責(zé)門（SET K6）和防腐（SET K2）的同步工程小組共同設(shè)計此方案。同樣的，為了設(shè)計前蓋的工裝孔，同樣需要負(fù)責(zé)防腐和前后蓋的兩個SET組共同參與。共同確認(rèn)孔的位置，以盡量減少車身進(jìn)入烘干爐后產(chǎn)生的變型。

2 可制造性分析實(shí)例

2.1 前處理電泳可制造性分析

2.1.1車身材質(zhì)與設(shè)備匹配性分析

分析新車型板材與現(xiàn)有車型的差異，以及與脫脂、磷化、電泳槽液的匹配性，以確定是否需要增加相應(yīng)的設(shè)備，如奧迪車型部分使用鋁板，以增強(qiáng)車身強(qiáng)度，降低車身質(zhì)量。這就需要考慮是否需要在前處理電泳階段是否需要增加相應(yīng)的磷化除渣設(shè)備。

2.1.2溢流孔設(shè)置

車身在經(jīng)過前處理電泳線時，會帶出大量液體，因此在出口設(shè)計瀝水站傾斜將大部分槽液瀝出，如果部分槽液仍然存留在白車身內(nèi)，經(jīng)過烘干爐時會有烘干不徹底的風(fēng)險，造成質(zhì)量缺陷，因此需要在最低點(diǎn)開設(shè)溢流孔。保證在通過瀝水站和烘干爐能夠完全排除殘液。

圖3 電泳溢流孔設(shè)計

2.2 PVC涂膠可制造性分析

2.2.1鈑金件搭接的可制造性分析

在需要使用PVC密封的焊縫或者凹槽處，為了保證其密封性，最大尺寸不能超過2mm，如鈑金間的縫隙超過了2mm，需要進(jìn)行調(diào)整。

2.2.2影響涂膠的安裝孔

圖4 專用工具

在涂膠的設(shè)計中，為了避免PVC膠條與螺紋孔干涉，需要滿足PVC膠條30mm范圍內(nèi)沒有安裝件；但是實(shí)際條件下，一般難以滿足此要求，此類問題主要出現(xiàn)在四門兩蓋，前機(jī)艙處。為此，專門開發(fā)相應(yīng)的工具，解決在安裝面內(nèi)殘留PVC膠的問題。

2.2.3車身吊裝方式

為了完成底板涂膠，需要將車身懸掛起來，有多種懸掛的方式，如翻轉(zhuǎn)車，康采恩支點(diǎn)的吊具，或者懸掛頂蓋的吊具等等。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，新建工廠在實(shí)施PVC工藝噴涂時，應(yīng)盡量避免采用頂部懸掛的輸送方式，以降低車身變型，如必須采用，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度分析。

2.2.4具有相對運(yùn)動的部件間隙設(shè)計

在有相對運(yùn)動的兩個車身零件之前，如A柱和翼子板之間，要在設(shè)計上保證2mm的距離，以避免干涉同時保證車身在行駛過程中無噪音和腐蝕。

2.2.5不利于涂膠的鈑金搭接方式

在鈑金搭接設(shè)計中不可避免的會有不利于涂膠的鈑金鏈接方式，例如鈑金平齊搭接等等，為了保證涂膠的質(zhì)量，可采用如下解決策略，第一種是使用專門的槍嘴，第二種是調(diào)整鈑金搭接的高度。

2.3 面漆自動噴涂可制造性分析

在車身有一些部位設(shè)計成了單獨(dú)的尖角形狀，比如在輪罩或者翼子板處的尖角部位，由于高壓靜電噴涂具有靜電聚集效應(yīng)，在這些部位容易出現(xiàn)過噴，流掛的現(xiàn)象，因此建議車身上的尖角部位需要倒圓，半徑大于2.5mm，或者設(shè)計成如下圖鷹嘴形狀。

不過如果車型在輪罩處設(shè)計了蓋板，例如探岳車型，則可以不考慮聚集效應(yīng)的影響。

圖5 探岳設(shè)計結(jié)構(gòu)

2.4 車型通過性評價

根據(jù)涂裝PHS 270標(biāo)準(zhǔn)，為了減少報廢和噴涂缺陷，白車身的車門要在工藝過程中設(shè)計為可以自動回到關(guān)閉狀態(tài)，在運(yùn)輸過程中發(fā)生輕微振動時，最大的開啟角度不能超過10°。通過車門鉸鏈軸和適當(dāng)?shù)牧貋韺?shí)現(xiàn)車門的自動關(guān)閉。造成車門打開的主要工藝過程有橫移，烘干爐和門蓋機(jī)器人操作的失誤。

據(jù)此檢查設(shè)計方案，檢查四門鉸鏈的傾斜角度，當(dāng)門開啟角度小于10°時，四門鉸鏈在關(guān)門方向的力矩不應(yīng)小于1Nm，每個門在交貨狀態(tài)下的摩擦力矩應(yīng)處于1.5Nm-4Nm。

2.5 烘干爐模擬變型量

由于車身使用不同的材料，包括普通鋼，熱成型剛，鋁件，以及以焊裝膠為主的非金屬件，車身在涂裝進(jìn)入烘干爐后，由于不同材料的特性不同，會產(chǎn)生不同的塑性變型，從而造成車身的變型，通過模擬，檢測車身變型是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。

為了進(jìn)行此類分析，需要輸入如下信息

（1）烘干爐的爐溫曲線。

（2）要求的車身溫度曲線。

（3）材料的特性信息。

接下來需要進(jìn)行信息的處理，將車身的3D數(shù)模進(jìn)行有限元劃分，并輸入車身的材料參數(shù)。

最終生成車身的溫度曲線，與標(biāo)準(zhǔn)的溫度曲線進(jìn)行對比，評估是否滿足要求，同時需要關(guān)注每個部分的變型是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

2.6 進(jìn)行可制造性分析的其它方法

在進(jìn)行新車型的可制造性分析工程中，與之前車型的對比是一項(xiàng)重要的手段，不僅可以用于指導(dǎo)后續(xù)車型的調(diào)試，評估車型并入所需的工作量，同時可以避免出現(xiàn)類似的問題。例如通過某車型與前期車型的對比圖，從圖中經(jīng)過比對可以看出相對于前期車型的變化點(diǎn)，據(jù)此評估并入的時間和花費(fèi)。

3 結(jié)論

對于新車型的開發(fā)，可制造性分析在其中扮演著重要的作用，需在數(shù)模凍結(jié)前完成。在進(jìn)行分析的過程中，需要掌握相關(guān)軟件的使用方法，例如CATIA軟件的使用，KVS，AVON系統(tǒng)的使用，以及相關(guān)的涂裝各工藝流程的經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)的外語知識。

這是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程，目的是不斷完善產(chǎn)品的設(shè)計，從而減少設(shè)備改造，提高生產(chǎn)效率。

Manufacturability Analysis In Painting Process

Bai Jing, Chen Jiajian

（1.Series planning FAW-Volkswagen Automotive co. LTD. Branch, Tianjin 301500;2.Paint shop FAW-Volkswagen Automotive co. LTD. Tianjin Branch, Tianjin 301500）

This article describes the manufacturability analysis during new product development and its impact on product manufacturability, quality and cost.

Manufacturability analysis;painting; ENP; pretreatment E-coating; PVC application; topcoat application

U445

A

1671-7988(2019)14-174-03

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白靖，規(guī)劃工程師，就職于一汽-大眾汽車有限公司天津分公司，負(fù)責(zé)涂裝工藝制定，產(chǎn)品項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)管理。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.057