概念展車車身制作工藝及質(zhì)量控制方案

張連勝 鄧志鋒 林海輝 林毓周 馬斌

摘 要：文章介紹了概念展車車身制作工藝及質(zhì)量控制方法，闡述了基礎(chǔ)車身改制的技術(shù)難點(diǎn)及解決方法，形成了一套有效的制作工藝流程和質(zhì)量管控手段;通過在廣汽集團(tuán)多款概念展車上的實(shí)際應(yīng)用效果，得到了充分的驗(yàn)證，該方法能夠在短時(shí)間內(nèi)、用較低的費(fèi)用制作出滿足強(qiáng)度、精度等技術(shù)要求的車身，可以為概念展車車身制作驗(yàn)證提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：概念展車;車身;車身改制

中圖分類號(hào)：U463.8 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）04-163-04

Manufacturing Process and Quality Control Scheme of Concept Exhibition Car Body

Zhang Liansheng， Deng Zhifeng， Lin Haihui， Lin Yuzhou， Ma Bin

（?Guangzhou Automobile Group Co.， Ltd.， Automotive Engineering Research Institute， Guangdong Guangzhou 511434?）

Abstract：?This paper introduces the production process and quality control method of the conceptual exhibition car body， expounds the technical difficulties and solutions of the restructuring of the basic body body， and forms a set of effective production process and quality control means. Through the practical application effect on several concept exhibition cars of gac group， it has been fully verified that the method can produce the body meeting the technical requirements of strength and precision in a short time and at a low cost， which can provide a reference for the production verification of concept exhibition car body.

Keywords： Concept car; Body; Body modification

CLC NO.： U463.8 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）04-163-04

引言

概念展車（Concept Car）主要用于在國際汽車展上展示。其主要目的就是向公眾顯示車企的科技實(shí)力、設(shè)計(jì)新觀念和產(chǎn)品開發(fā)水平，從而提高自身形象。內(nèi)外飾造型及外觀品質(zhì)要求高，要給人一種視覺沖擊和新鮮感，通常會(huì)具有超低風(fēng)阻、超低車身、獨(dú)特開門方式、超炫酷夸張?jiān)煨偷刃路f、獨(dú)特、超前的構(gòu)思設(shè)計(jì)。因此對(duì)于概念展車整車制作來說，作為承載“夸張”造型的車身結(jié)構(gòu)尤為重要，如何保證車身變形量、改制精度、車身強(qiáng)度及剛度滿足設(shè)計(jì)要求則是關(guān)鍵。概念展車車身制作一般采用兩種形式：一種是通過已量產(chǎn)車型（基礎(chǔ)車）車身進(jìn)行改制;一種是創(chuàng)新車身結(jié)構(gòu)，由非承載式底盤骨架結(jié)合碳纖維復(fù)合材料上車體組合形成。本文主要討論的是已量產(chǎn)車型（基礎(chǔ)車）改制，闡述了如何獲得滿足技術(shù)要求概念展車身的方法。所述內(nèi)容皆以廣汽某款概念展車為例。

1?設(shè)計(jì)方案

1.1?整車模型構(gòu)成

所述概念展車車身由改制車身骨架、全新A面造型、全新內(nèi)飾件等三部分構(gòu)成：

（1）改制車身以量產(chǎn)車型車身為基礎(chǔ)進(jìn)行鈑金切割、焊接，以及簡易鈑金零部件制作等;

（2）全新造型A面采用碳纖維復(fù)合材料成型制作（保留原車型B面骨架）;

（3）全新內(nèi)飾采用ABS材料加工+表面后處理。

1.2?技術(shù)要求

（1）整體要求：滿足3年展示使用需求;可驅(qū)動(dòng)駕駛，時(shí)速20km/h，200km行駛距離;500次啟停行駛;整車重量≤2T。

（2）尺寸要求（相較于基礎(chǔ)車身）：車身總長加長260mm;軸距長度加長260mm;四輪避震塔座間距加寬40mm;整體尺寸精度：在溫度范圍（-10℃-40℃）車身整體尺寸極限偏差控制在+/-5mm內(nèi);安裝點(diǎn)精度：在溫度范圍（-10℃-40℃）車身安裝孔精度極限偏差控制在+/-1.5mm內(nèi);

（3）造型要求：全車身A面（四門外板面、前/后蓋外板面、翼子板、側(cè)圍C柱外板面、頂棚外板面）切除，保留B面（內(nèi)側(cè)）骨架;內(nèi)飾件安裝點(diǎn)作適應(yīng)性修改^[1][2]。

2?車身改制工藝方案

2.1?車身分割方案

概念展車設(shè)計(jì)方案要求車身軸距加長260mm，需要分割車身。車身分割時(shí)應(yīng)注意車身分割線的選取須考慮盡可能保留零部件的完整性，這樣可以更有效地保證車身的強(qiáng)度和剛度，也會(huì)降低后續(xù)加長組焊的復(fù)雜程度。

我們將車身前、后地板點(diǎn)焊搭接處作為下車體分割線，鉆開焊點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)前、后地板的分離;頂蓬切割線釆用頂蓬比較平的位置，便于后續(xù)頂蓬的平順連接;側(cè)圍切割線的選擇考慮了車身結(jié)構(gòu)及內(nèi)部零件搭接情況，避免切割到車身結(jié)構(gòu)件如圖1。

2.2 車身變形量控制方案

自由狀態(tài)下，車身分割后，將會(huì)剛性釋放發(fā)生嚴(yán)重變形，此為關(guān)鍵控制項(xiàng)。因此，在車身分割前，我們先采取穩(wěn)固措施：

（1）將兩側(cè)側(cè)圍上端的頂梁用方管燒焊連接拉住;

（2）在車身B柱位置利用方管連接形成“X”字型支撐結(jié)構(gòu);

（3）在車身C柱位置利用方管連接形成“V”字型支撐結(jié)構(gòu);

（4）在后門切割線附近焊接方管做局部支撐。

通過上述措施，使分割后車身前后各自成為一個(gè)整體，保持整體的剛性，防止分割后車身向內(nèi)或向外產(chǎn)生位移和變形。圖2為車身加強(qiáng)示意圖，實(shí)際工作過程中，車身前部設(shè)有多個(gè)“X” 字型支撐。

2.3?下車體加長260mm的技術(shù)方案

考慮到下車體的復(fù)雜性，作為車身的主要鋼性結(jié)構(gòu)且下車體上有很多安裝孔，為確保下車體整體加長精度以及下車體空位整體移動(dòng)。我們?cè)O(shè)計(jì)制作了一套柔性改制平臺(tái)（夾具）來應(yīng)對(duì)。

柔性改制平臺(tái)的前地板區(qū)域?yàn)閮蓪釉O(shè)計(jì)，后地板區(qū)域?yàn)槿龑釉O(shè)計(jì)，層與層之間由滑軌連接，且可以實(shí)現(xiàn)X、Y方向移動(dòng)：平臺(tái)X方向的滑軌移動(dòng)范圍為：±300mm，平臺(tái)Y方向的滑軌移動(dòng)范圍為：左/右0-150mm。可實(shí)現(xiàn)車身在大范圍內(nèi)的加長加寬，移動(dòng)尺寸可滿足A、B、C級(jí)車身的改制。車身隨平臺(tái)滑軌移動(dòng)并通過限位機(jī)構(gòu)精確定位，定位銷的外徑公差+0/-0.1mm，定位面Z向位置公差為±0.2mm，有效保證改制精度。如圖3。

將概念展車前地板固定在平臺(tái)上，前/后地板分割后，后地板整體隨平臺(tái)滑軌在X方向向后移動(dòng)260mm，并通過限位機(jī)構(gòu)精確定位，補(bǔ)焊加強(qiáng)板重新連接前后地板。成功實(shí)現(xiàn)下車體X向整體加長260mm，且加長后車身整體精度保證在±1.5mm以內(nèi)，如圖4。

2.4?上車體加長精度控制方案

車身切割時(shí)，產(chǎn)生的切口尺寸無法測量，同時(shí)切口為凹凸不平面，不能作為精度測量依據(jù)。

利用在車身加長分割線兩側(cè)的位置作輔助測量線，并記錄兩條輔助測量線的距離，然后通過測量輔助線的距離來確認(rèn)加長尺寸，確保加長尺寸精度（本次概念展車制作時(shí)，我們將頂棚輔助線距離設(shè)定為100mm，側(cè)圍輔助線距離設(shè)定為10mm）。

在頂棚切割線前后平行50mm處作輔助線，拉開后測量輔助線之間的距離為360mm，即頂棚的加長尺寸為260mm，如圖5。

在側(cè)圍切割線兩邊各5mm處作兩條輔助線（因側(cè)圍造型因素，只能在5mm處作測量輔助線），拉開后測量輔助線之間的距離為270mm，即側(cè)圍的加長尺寸為260mm，如圖6。

通過小范圍錘擊敲打，調(diào)整拉開尺寸，并用方管點(diǎn)焊固定，確保頂棚左右、側(cè)圍上下都拉開，尺寸精度為260±1.5mm。

2.5 車身加強(qiáng)方案

車身分割后，在分割線處必然成為強(qiáng)度和剛度的薄弱環(huán)節(jié)。因此，釆用1.5mm鋼板開料，壓成U型，作為內(nèi)部連接加強(qiáng)板，確保加長部分的剛性和強(qiáng)度。同時(shí)從底盤左、右縱梁切口處各埋方管（40*40*2mm）三條，并成三角結(jié)構(gòu)連接，增強(qiáng)底盤鋼性。如圖7所示。

2.6?避震塔座間距加寬40mm的技術(shù)方案

因塔座結(jié)構(gòu)限制，無法通過安裝孔移位對(duì)應(yīng)。需要塔座整體移動(dòng)。塔座下面為車身縱梁，作為車身的主要承載結(jié)構(gòu)，需要保持其完成性。因此我們切割線選取在塔座側(cè)面。

重新制作塔座，組焊至車身上，配合三坐標(biāo)測量儀，調(diào)整塔座安裝孔位置（左右各自外移20mm），實(shí)現(xiàn)整體加寬40mm。如圖8。

2.7?復(fù)雜鈑金件的簡化設(shè)計(jì)與制造

塔座造型復(fù)雜，按正常的制作工藝，需開軟模或者是手工+胎膜制作，周期較長，費(fèi)用較高。在保證安裝硬點(diǎn)精度和滿足結(jié)構(gòu)需求的前提下，我們改變零件制作的難度，簡化零件圖紙，將零件分塊加工，盡量不采用弧面，將塔座的復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡化成一個(gè)折彎件和兩個(gè)平板件拼焊在一起。同時(shí)通過一些簡易的L型件局部加強(qiáng)，保證強(qiáng)度。如圖9。

3?底盤精度的保證

3.1?測量坐標(biāo)系的優(yōu)化

底盤件的焊接定位用三坐標(biāo)測量儀全程跟蹤測量定位。車身改制時(shí)采用“矩陣擴(kuò)展法”^[3]，先利用車身上“RPS”（定位點(diǎn)系統(tǒng)）基準(zhǔn)點(diǎn)建立起整車坐標(biāo)系（這樣保證了測量定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)相統(tǒng)一）;再將建立的整車坐標(biāo)系分別引出到各“矩陣球”上;最后移動(dòng)三坐標(biāo)測量儀到不同位置，分別利用“矩陣球”做基準(zhǔn)來定位改制件。這樣在基準(zhǔn)統(tǒng)一的情況下，使改制定位精度達(dá)到最高，完全符合改制精度要求。如圖10。

3.2?焊接變形量的控制

組焊焊接時(shí)，先用磁性定位塊將改制件固定在車身上，用三坐標(biāo)測量儀導(dǎo)入數(shù)模，利用“矩陣球”作基準(zhǔn)，進(jìn)行準(zhǔn)確定位后，將改制件先點(diǎn)焊固定，再采用對(duì)角交叉焊接的方式滿焊牢固，以減小焊接應(yīng)力和變形。這樣將前塔座等支架焊接在車身上，最后，用三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行測量，精度基本都控制在±1.5mm以內(nèi)。

4 車身質(zhì)量控制方案

為保證概念車車身制作質(zhì)量，需制定相應(yīng)的質(zhì)量保證方案，依據(jù)改制過程，從車身強(qiáng)度、尺寸公差規(guī)范（DTS）、車身精度等三個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量管控^[4][5]。

車身強(qiáng)度的確認(rèn)主要是為了確保展車車身骨架的承載能力。首先進(jìn)行整體焊接焊縫質(zhì)量確認(rèn)，確認(rèn)無氣泡、咬邊、裂紋等焊接缺陷。其次進(jìn)行車身配重，配重重量在設(shè)計(jì)重量基礎(chǔ)上增加200kg，確認(rèn)全車身對(duì)焊處的焊縫無裂紋，車身骨架變形量不超過5mm;對(duì)四門兩蓋及其相鄰零部件之間的間隙、面差進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整;車身精度核查主要確認(rèn)改制后的車身精度與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的符合情況，一般采用整車掃描。

5 總結(jié)

（1）根據(jù)概念展車整體要求，制定試制車身改制工藝技術(shù)方案;

（2）制定相應(yīng)的質(zhì)量管控手段，從車身加長精度保證、底盤硬點(diǎn)改制精度保證、車身改制強(qiáng)度保證等幾個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量管控;

（3）本文所提及的車身改制方法為概念展車的試制驗(yàn)證提供參考依據(jù)。

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