汽車涂裝工藝可制造性分析

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過程中與其同步進行的涂裝可裝配性，可制造性分析，以及其對于保證產品可制造性，產品質量，產品成本的影響。

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，在車型開發前期進行可制造性分析這一技術手段的重要性日益凸顯。ENP（Entwicklungsn ahe planungsleistungen）是規劃可制造性分析的德文縮寫，也稱同步工程（SE，Simultaneous Engineering），是從產品規劃和生產的角度配合產品開發部門進行產品設計和可制造性的評價。意在產品設計研發過程中，工藝提前介入，協助產品開發部門優化產品制造工藝，提前輸入制造工藝實施對產品的要求，改善提高產品的可制造性，輔助產品更容易在制造階段實現。

可制造性分析的意義在于由于工藝的提前介入，將原本到工藝實施時才會出現的問題提前進行分析和預測，并提出解決方案，實現產品研發和后期的工藝實施無縫對接，從而達到降低研發成本投入的目的。

ENP可制造性分析主要涉及車型開發部門和規劃部門，其中規劃部門負責收集實際生產中遇到的問題，并提出改進建議，對研發部門提供的工藝標準和車型數模進行檢查，提供生產工藝信息，用來確認車身的可通過性，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品開發里程碑節點中的角色

1.1 大眾集團產品開發時間節點

根據大眾康采恩標準，新產品開發主要經歷如下階段，即PF（Projekt Feasibility項目確認）、KE（Konzept-Entschied概念確認）、BF（Beschaffungs-Freigabe采購認可）、LF（Lauch- Freigabe啟動認可）、SOP（Start-of-Production開始量產）等等階段，其中項目確認在量產前39周開始，此時也是ENP可制造性分析開始的階段。

在產品開發的PF階段，即項目確認階段，獲取產品開發部提供的組織機構圖，與相關的設計師進行溝通，并且提供給設計師該車型所在的涂裝車間相關工藝和設備信息。

從產品開發的KE即概念確認階段，規劃部門自KVS系統上下載最新的產品三維數模，并且根據DMU平臺上的相關信息，參與同步工程小組例會。在與設計師進行針對于開發車型的大量的溝通和交流后，參照現生產車型的生產經驗，最終輸出終版的車型設計數據。確保車型的設計數據滿足車間相關生產工藝，并且在滿足大眾集團防腐標準的前提下，為生產提供最大便利性和可操作性。

在LF（啟動認可）至生產啟動階段，規劃部門對產品開發部門提供的數據更改進行評價，以生產出最優質量的產品。

1.2 同步工程小組

涂裝的同步工程主要涉及同產品開發部門在相關領域的合作。根據產品開發部門的分工，分為若干個同步工程小組，稱為SET（Simultaneous Engineering Team）小組，每個小組負責開發車身的不同組成部分以及其相關的工藝和配置信息。

白車身設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），分別負責底板，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。主要負責白車身的結構設計和防腐工作。

圖1 車門工裝孔

圖2 總裝車門安裝件要求

在白車身結構設計的同時，除了考慮車身強度，零件的可安裝性之外，還需要考慮是否滿足車身防腐設計的要求以及涂裝進行噴涂時的便利性。

各小組之間需要進行相互交流和合作。例如在工裝的設計過程中，根據設計要求，門內板必須設置安裝工裝的孔，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，需要負責門（SET K6）和防腐（SET K2）的同步工程小組共同設計此方案。同樣的，為了設計前蓋的工裝孔，同樣需要負責防腐和前后蓋的兩個SET組共同參與。共同確認孔的位置，以盡量減少車身進入烘干爐后產生的變型。

2 可制造性分析實例

2.1 前處理電泳可制造性分析

2.1.1車身材質與設備匹配性分析

分析新車型板材與現有車型的差異，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的設備，如奧迪車型部分使用鋁板，以增強車身強度，降低車身質量。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的磷化除渣設備。

2.1.2溢流孔設置

車身在經過前處理電泳線時，會帶出大量液體，因此在出口設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，經過烘干爐時會有烘干不徹底的風險，造成質量缺陷，因此需要在最低點開設溢流孔。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，需要進行調整。

2.2.2影響涂膠的安裝孔

圖4 專用工具

在涂膠的設計中，為了避免PVC膠條與螺紋孔干涉，需要滿足PVC膠條30mm范圍內沒有安裝件；但是實際條件下，一般難以滿足此要求，此類問題主要出現在四門兩蓋，前機艙處。為此，專門開發相應的工具，解決在安裝面內殘留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，如翻轉車，康采恩支點的吊具，或者懸掛頂蓋的吊具等等。根據標準要求，新建工廠在實施PVC工藝噴涂時，應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，應進行強度分析。

2.2.4具有相對運動的部件間隙設計

在有相對運動的兩個車身零件之前，如A柱和翼子板之間，要在設計上保證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計成了單獨的尖角形狀，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，在這些部位容易出現過噴，流掛的現象，因此建議車身上的尖角部位需要倒圓，半徑大于2.5mm，或者設計成如下圖鷹嘴形狀。

不過如果車型在輪罩處設計了蓋板，例如探岳車型，則可以不考慮聚集效應的影響。

圖5 探岳設計結構

2.4 車型通過性評價

根據涂裝PHS 270標準，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計為可以自動回到關閉狀態，在運輸過程中發生輕微振動時，最大的開啟角度不能超過10°。通過車門鉸鏈軸和適當的力矩來實現車門的自動關閉。造成車門打開的主要工藝過程有橫移，烘干爐和門蓋機器人操作的失誤。

據此檢查設計方案，檢查四門鉸鏈的傾斜角度，當門開啟角度小于10°時，四門鉸鏈在關門方向的力矩不應小于1Nm，每個門在交貨狀態下的摩擦力矩應處于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，車身在涂裝進入烘干爐后，由于不同材料的特性不同，會產生不同的塑性變型，從而造成車身的變型，通過模擬，檢測車身變型是否在規定的范圍內。

為了進行此類分析，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。

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

最終生成車身的溫度曲線，與標準的溫度曲線進行對比，評估是否滿足要求，同時需要關注每個部分的變型是否在標準范圍內。

2.6 進行可制造性分析的其它方法

在進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重要的手段，不僅可以用于指導后續車型的調試，評估車型并入所需的工作量，同時可以避免出現類似的問題。例如通過某車型與前期車型的對比圖，從圖中經過比對可以看出相對于前期車型的變化點，據此評估并入的時間和花費。

3 結論

對于新車型的開發，可制造性分析在其中扮演著重要的作用，需在數模凍結前完成。在進行分析的過程中，需要掌握相關軟件的使用方法，例如CATIA軟件的使用，KVS，AVON系統的使用，以及相關的涂裝各工藝流程的經驗以及相關的外語知識。

這是一個不斷發現問題解決問題的過程，目的是不斷完善產品的設計，從而減少設備改造，提高生產效率。

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

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A

1671-7988(2019)14-174-03

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白靖，規劃工程師，就職于一汽-大眾汽車有限公司天津分公司，負責涂裝工藝制定，產品項目節點管理。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.057