彭欣強

廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

在汽車研發(fā)過程中，造型設計、制造工藝互相影響，互相約束。造型設計出新穎的造型，將導致制造工藝難以實現(xiàn)，制造工藝水平往往限制了造型設計方案的多樣性。為了提升車型產品競爭力的需求，造型設計的多樣性和新穎性已成為汽車行業(yè)追求的目標。為了實現(xiàn)造型設計，制造工藝需作出相應的提升來解決設計帶來的一系列問題。

汽車發(fā)動機蓋是車身制造中的關鍵外觀部件，裝配后要求與之配合的汽車前大燈、前保險杠、椅子板等間隙均勻、面差良好[1]。此外，汽車發(fā)動機蓋外板屬于關鍵外觀造型面，發(fā)動機蓋總成的工藝質量好壞直接影響造型設計的優(yōu)劣[2]。本文作者闡述了汽車研發(fā)過程中發(fā)動機蓋外飾造型分縫設計的特點，說明了造型設計引起的工藝制造問題，提出了3種工藝制造問題的解決方案并進行優(yōu)缺點對比，為發(fā)動機蓋外飾造型分縫設計的工藝制造問題的解決提供方法。

1 發(fā)動機蓋外飾造型分縫設計

外飾造型分縫設計是連接汽車外飾覆蓋件的關鍵設計，分縫設計的優(yōu)化是提升外飾造型設計整體質感的一個關鍵點[3]。發(fā)動機蓋作為汽車外飾的關鍵覆蓋件之一，其分縫線的走向及其所分割的空間特征，對造型的美學協(xié)調關系有重要作用[3]。不同的發(fā)動機蓋分縫線有不同的造型特點。路虎攬勝系列車型發(fā)動機蓋&翼子板分縫線與腰線的貫通設計如圖1所示，這種設計風格在路虎攬勝系列車型中始終保持不變，形成了路虎側面設計的品牌基因[4]。奧迪系列車型中，有的車型采用特殊的發(fā)動機蓋&翼子板截面設計與腰線截面配合，將發(fā)動機蓋&翼子板分縫隱藏在了光影暗處，視覺上隱藏分縫線[3]，如圖2所示。在哈弗、寶駿、福特、通用、現(xiàn)代、起亞等品牌車型中，有的車型發(fā)動機蓋&翼子板分縫線與側圍A柱&翼子板分縫線連通，體現(xiàn)整體、簡約的造型特點，如圖3所示。在領克、斯巴魯、豐田、雷克薩斯等品牌車型中，有的車型發(fā)動機蓋&翼子板分縫線未與其他分縫線配合，分縫線位置造型面較為平緩，趨于平面，如圖4所示。上述發(fā)動機蓋&翼子板的分縫造型工藝實現(xiàn)難度各有不同，結合制造現(xiàn)場的條件可能產生工藝問題。

圖1 路虎車型發(fā)動機蓋&翼子板分縫示意

圖2 奧迪車型發(fā)動機蓋&翼子板分縫示意

圖3 發(fā)動機蓋&翼子板分縫線與側圍A柱&翼子板分縫線連通 圖4 發(fā)動機蓋&翼子板分縫線示意

2 發(fā)動機蓋工藝問題及其原因

2.1 發(fā)動機蓋裝配和包邊工藝

發(fā)動機蓋總成結構主要包括發(fā)動機蓋外板、發(fā)動機蓋內板。在發(fā)動機蓋制造工藝中，首先將發(fā)動機蓋內板以特定的方向(通常為車身坐標軸+Z向)裝配到發(fā)動機罩外板內;然后通過包邊工藝將發(fā)動機蓋外板翻邊壓合，達到內外板連接的作用。發(fā)動機蓋包邊工藝主要有機器人滾邊工藝和模具壓合包邊工藝，每種包邊工藝都有各自的特點，但是包邊工藝要求相似，以機器人滾邊工藝為例介紹包邊工藝要求及約束[5]。

(1)發(fā)動機蓋外板翻邊角度

由于乘用車工廠節(jié)拍的限制，機器人滾邊需在三序包邊完成。為了保證包邊質量，每一序包邊不能大于45°。結合理論分析和實際包邊經(jīng)驗得到，包邊工藝之前，發(fā)動機蓋外板翻邊角度不能超過105°，局部區(qū)域的極限角度為115°。發(fā)動機蓋外板翻邊角度示意見圖5。

圖5 發(fā)動機蓋包邊工藝要求示意

(2)發(fā)動機蓋內外板間隙值

包邊過程中，發(fā)動機蓋外板折彎變形時，外板會向內收縮，為保證內外板之間不因接觸而產生缺陷，內外板之間需保證一定間隙值。同時，包邊時的折邊膠也需存在于內外板間隙中，保證包邊的連接性能。平面直包邊工藝的內外板間隙值(包邊完成后)需保證為1.5 mm，發(fā)動機蓋間隙值示意見圖5，在數(shù)據(jù)裝配模擬分析時，包邊工藝之前，內外板間隙也認為是1.5 mm。

(3)發(fā)動機蓋外板翻邊高度

為了保證包邊質量，包邊之前，發(fā)動機蓋外板翻邊高度一般為8 mm，翻邊高度過短將導致重疊量小、包邊不實的缺陷，翻邊高度過長將導致內外板裝配過程中干涉嚴重[6]。發(fā)動機蓋外板翻邊高度示意見圖5。

2.2 工藝制造問題及其原因

在上述不同的發(fā)動機蓋&翼子板分縫造型中，發(fā)動機蓋的傾斜角(發(fā)動機蓋造型面與水平面的夾角，示意見圖6)有很大的區(qū)別。路虎攬勝系列車型、奧迪系列車型發(fā)動機蓋&翼子板分縫線與腰線貫通設計的傾斜角很大，約為75°；發(fā)動機蓋&翼子板分縫線與側圍A柱&翼子板分縫線連通設計的傾斜角趨于減小，根據(jù)分縫位置造型的平緩程度，傾斜角大小通常在40°～70°之間；發(fā)動機蓋&翼子板分縫線未與其他分縫線配合，且分縫線位置造型面較為平緩地設計，傾斜角較小，通常低于40°。實際制造過程中，如圖7所示，包邊前的發(fā)動機蓋外板在包邊工藝約束條件下，翻邊處于展開一定角度的狀態(tài)，在內板裝配到外板上、與外板貼合的過程中，內外板產生裝配干涉問題。發(fā)動機蓋傾斜角越大，發(fā)動機蓋內外板裝配過程中產生兩側裝配干涉量越大，將導致無法實現(xiàn)生產的重大問題。

圖6 發(fā)動機蓋傾斜角示意

圖7 發(fā)動機蓋內外板裝配干涉問題示意

在實際項目研發(fā)過程中出現(xiàn)過該問題。經(jīng)過實際裝配模擬，發(fā)動機蓋傾斜角與裝配干涉量的關系如表1所示，可以看出：發(fā)動機蓋的傾斜角達到69°時，裝配干涉量為5.02 mm。隨著傾斜角的減小，干涉量逐漸減小。傾斜角小于34°時，干涉量趨于0 mm。為了實現(xiàn)外飾造型分縫的設計要求，需要提高現(xiàn)有的工藝制造水平，實現(xiàn)車型產品的量產。

表1 傾斜角和裝配干涉量關系

3 解決方案

3.1 外力擠壓發(fā)動機蓋內板

為減小發(fā)動機罩內外板裝配時的干涉量，可利用發(fā)動機罩外板的塑性變形能力。發(fā)動機罩外板是薄鈑金且外板輪廓很大，有一定的塑性變形能力。其原理是：在人工裝配發(fā)動機罩時，當發(fā)動機蓋內外板裝配產生一定干涉時，可采用外力將發(fā)動機蓋外板擠壓變形，向外擴張，減小干涉，使發(fā)動機蓋內板裝配到外板中，然后進行包邊工藝,如圖8所示。此方法僅限于人工裝配情況下，機器人裝配時外力不能確定將導致機器人經(jīng)常報錯，不適合采用。

圖8 外力擠壓發(fā)動機蓋外板

外力擠壓發(fā)動機蓋的方案操作簡單，只需要人工擠壓即可實現(xiàn)裝配，廠房無需改動，成本低。缺點是只能適用于人工裝配，自動化程度低，節(jié)拍慢，機器人裝配時在干涉狀態(tài)下，不能進行有效調整，將導致裝配無法繼續(xù)進行。

3.2 增加預包邊工位

為了減少干涉量，可采用增加翻邊角度的方法，包邊工序由三序增加到四序，可使翻邊角度增加，從而很大程度減小裝配干涉量。表2為翻邊角度與傾斜角的關系，可以看出：翻邊角度增加到140°時，可接受的傾斜角增加到71°(在實際操作中，內外板裝配干涉在2 mm以內可實現(xiàn)人工裝配)。但是包邊工序由三序增加到四序，將影響工時節(jié)拍，導致產量降低的風險。因此，增加一個預包邊工位的方案既可以不影響工時節(jié)拍，又能增加翻邊角度，解決發(fā)動機蓋內外板裝配干涉問題。

表2 翻邊角度和傾斜角關系

增加預包邊工位的方案能有效解決發(fā)動機蓋內外板裝配困難的問題，減少對造型設計中發(fā)動機蓋傾斜角的工藝約束條件。但是，增加預包邊工位需要對工廠進行較大的改造，改造成本高，工位空間的需求大，需在工廠建設初期提前規(guī)劃。

3.3 吸盤吸附發(fā)動機蓋外板

發(fā)動機蓋內外板裝配工裝上集成一系列的吸盤。其原理是根據(jù)發(fā)動機蓋薄鈑金易變形和易回彈的特點，在裝配干涉量大的外板邊緣位置布置吸盤，內板裝配前將外板吸附使外板外張,然后內板在不干涉的情況下裝配，裝配到位后吸盤松開，工裝夾緊到位，外板回彈到原位。吸盤吸附發(fā)動機蓋外板工裝示意如圖9所示。

圖9 吸盤吸附發(fā)動機蓋外板工裝示意

吸盤吸附發(fā)動機蓋外板的方案通常應用在自動化程度高的機器人裝配工位，有效率高、節(jié)拍快、裝配精度高等優(yōu)點。但是發(fā)動機蓋外板塑性變形的能力有效，在充分驗證的情況下進行量產實施才能有限發(fā)揮吸盤吸附外板方案的優(yōu)勢，避免外板過度塑性變形產生的質量缺陷。

4 總結

針對汽車行業(yè)發(fā)動機蓋外飾造型分縫設計的特點，發(fā)動機蓋的傾斜角度也有很大的區(qū)別。發(fā)動機蓋的傾斜角度很大導致發(fā)動機蓋工藝制造的問題，可采用3種工藝解決方案：焊裝車間現(xiàn)場采用手工裝配時，可采用外力擠壓發(fā)動機蓋外板的工藝方案，操作簡單，成本低；焊裝車間現(xiàn)場采用機器人裝配工藝時，采用吸盤吸附發(fā)動機蓋外板的工藝方案，效率高，節(jié)拍快，裝配精度高；在工廠規(guī)劃初期或有新增工位位置時，采用增加預包邊工位，從而解決發(fā)動機蓋內外板裝配干涉問題，滿足造型設計中發(fā)動機蓋傾斜角增大的需求。3種解決方案都有其限制條件，在實際的汽車研發(fā)過程中，需在造型設計前期對該問題進行分析，結合企業(yè)自身實際情況選擇合適的解決方案，在試制驗證階段充分驗證方案的可行性，保證量產車的順利上市。

汽車行業(yè)的競爭越來越激烈，造型設計的美觀和新穎對提升產品競爭力有著重要作用。美觀和新穎的造型特點，必然對工藝制造水平提出更高的要求。研究造型特點對工藝的要求，提出可行的解決方案，不斷提高產品競爭力，才能在競爭中脫穎而出。