轎車鋁合金外裝飾件研發探究

摘 要：基于汽車行業輕量化發展趨勢，筆者分析了鋁合金在車身外裝飾件上的應用特點；列舉了曾負責的項目實例，對新產品（頂蓋裝飾條）研發過程中出現的銑削變形問題和組合式、自動化專用工裝的應用情況進行研究，經過對問題的理論分析和試驗，解決方案已經運用到生產實際；通過該論文為后序類似產品的研發提供解決

依據和技術支持。關鍵詞：鋁合金外裝飾件；新產品研發；銑削力；自動化；組合式專用工裝

1 前言

目前，汽車工業已成為中國的支柱產業，近幾年來我國汽車產銷量連年增長，伴隨著汽車工業的發展，汽車保有量增大，在促進我國制造業發展和給人們生活帶來方便的同時，也產生了油耗、排放和安全三大問題；輕量化是汽車工業節能減排的重要手段，而輕量化必然導致鋁合金在汽車上的大量應用。鋁合金材料被認為是 21世紀最富于開發和應用潛力的“綠色材料”。

基于汽車輕量化的發展趨勢，筆者對某車型車頂裝飾條在研發試制過程中出現銑削部位受力變形問題進行研究，通過對基材狀態檢驗和銑削力分析，筆者找到了銑削變形問題的產生原因，經過人工時效調整基材的硬度，改變銑削方式，明顯改善了銑削部位的變形；公司研發過程中首次遇到銑削部位對裝車效果影響嚴重問題，筆者無經驗參考依據，通過銑削理論分析，向有經驗的工程師虛心請教，將問題逐步解決。經過這段試制和摸索的過程，筆者體會到在技術道路上“黎明前就是黑暗”的哲學道理，同時增強了嚴謹、自信的工作作風。除此之外筆者還對自行設計的頂蓋裝飾條組合式、自動化專用工裝在生產實際的運用情況進行對比說明，闡述了組合式、自動化專用工裝在實際生產中的作用；該組合式、自動化專用工裝是公司研發部門自主創新的第一套組合專用工裝，其通過生產使用，反響良好，確保了產品質量的穩定，縮短了產品生產周期，提高了產能；但是還有一些不足之處，例如基座的穩定牢固性和鋸片的冷卻系統都是設計中欠缺考慮的部分；筆者將吸取此次的經驗，在后序的研發工作中將繼續深入研究自動化、組合式專用工裝，使得鋁合金外裝飾件（以下簡稱“鋁外飾件”）的研發早日在公司內部走向自動化、專業化的道路。

2 鋁合金在車身外裝飾件上的應用特點

汽車外裝飾產品上使用的鋁合金多數是 6401和 6060系列的鋁鎂硅合金，根據表面處理的工藝不同其具體化學成分有明顯的差異。鋁外飾件以其特殊的表面處理工藝，為整車的外觀起到了錦上添花的作用；其產品結構的設計使得在線裝配變的更加便捷和簡化，特別是在汽車產銷量快速增長的近幾年，穩定簡捷的裝配工藝是提高主機廠生產率的有力保障。具體特點如下：

（1）鋁合金在常溫及高溫下均具有優良的塑性，可以采用擠壓法制成截面形狀極為復雜、而且壁薄、尺寸精度高的鋁外飾件。

（2）鋁合金通過人工實效，提高其綜合機械性能，得到較高的抗拉強度、延伸率和硬度。

（3）汽車鋁外飾件回收再利用率高。

（4）利用完全退火或局部退火可產生較為軟質的鋁合金，適用于各種成形加工及折彎、沖壓、深沖等加工。

（5）鋁合金具有優良的耐蝕性、導熱導電及拋光性能。表面易自然生產一層致密牢固的 AL2O3保護膜，能很好的保護基體不受腐蝕；通過人工陽極氧化、著色氧化、電泳和噴漆等表面處理工藝，可以提高和改善鋁外飾件的光澤、耐堿等性能。

3 鋁合金外裝飾件研發存在的技術問題和解決方案

3.1 鋁合金外裝飾件截面設計特點

按工件的變形過程中的受力與變形方式（應力—應變狀態），鋁合金加工分為扎制、擠壓、拉拔、鍛造、旋壓成型加工（如冷沖壓、冷變、深孔等）及深度加工等。如圖 1所示，鋁外飾件的加工工藝涉及正擠壓、沖壓和彎曲三種受力變形，正擠壓運用從原料到型材的加工過程，沖壓和彎曲適用于從型材到成品的加工過程。

基于鋁合金的自身特點，通過高溫高壓擠出截面各異的鋁合金型材。列舉某項目鋁外飾件截面圖進行說明，鋁外飾件截面形狀需要與

車身的裝配方式結合進行設計，例如鋁外飾件的波紋立筋與金屬卡子插入式裝配（見圖 2-1和圖 2-2），塑料卡扣與鋁外飾件 T槽連接（見圖 3-1和圖 3-2），車門外骨架與鋁外飾件卡接（見圖 4-1和圖 4-2），除此之外還有眾多的截面結構方案，在此不在一一列舉，總的來說，鋁合金擠出工藝穩定，可以滿足各種異型鋁外飾件的截面形狀，在實際生產中適合多品種、大批量生產，其在車身外裝飾件方面的工藝優于不銹鋼輥壓工藝，也優于 ABS電鍍工藝。

3.2 鋁合金外裝飾件研發存在的技術問題和解決方案

3.2.1 銑削加工過程，出現加工變形。

某車型頂蓋裝飾條產品屬于某項目中開發難度較大的產品之一，其難點在于：

（1）與車身裝配的定位基準需要延車身 X向通長進行數控銑削加工，該基準的根部材料厚度尺寸是 0.6mm，其強度和剛性較差；

（2）成品件的面輪廓公差和彎度公差均為 1mm。

根據銑削加工原理，結合頂蓋產品的特點，該產品在數控銑立筋工序的定位和夾緊方式見圖 5。根據經驗將刀具旋轉速度設定為 5000 r/min～ 7000 r/min之間，進刀速度設定為 500mm/min～ 600 mm/min之間。鋁型材通過硬度鉗檢測后其韋氏硬度在 3～ 6之間。

基于以上的工藝參數、工位夾具夾緊方式和基材的硬度。在 1stTryout生產時出現了銑削部位的立筋歪斜現象，原立筋距離尺寸是

21.85±0.25mm，實際經過數控銑削后的尺寸是 22mm～25mm之間，參見圖 6。

根據銑削部位的變形情況，我們進行以下幾方面的分析工作。

（1）分析基材狀態。追溯該工序之前的拉彎成型工序加工情況，并對加工尺寸和材料的力學性能進行跟蹤測量，實測值見表 1。

（2）分析銑削力。根據型材圖 7，發生變形的立筋根部尺寸是 0.6mm，必然銑削力與立筋根部的強度存在較大偏差。根據銑削力的影響因素，即工件的材料、工件的強度和硬度、切削量和刀具角度。以上影響因素在該產品的加工中具體分析情況是：

工件的材料。按客戶要求型材材料的牌號是 6060，即是不可變項。

工件的強度和硬度?？梢酝ㄟ^人工實效手段，在數控銑削前提高零件的強度和硬度。

切削量。產品 3D數據屬于客戶要求，即是不可變項。

刀具角度和刀具銑削方式。調整切刃角、切削刃和刀刃長度，以滿足加工為準，越小越好。銑削方式根據拉彎成型工序后立筋的偏斜方向進行調整，即數控銑削刀具旋向與其相反。

根據上述分析，我們對基材狀態進行了調整，即提高其硬度和強度（見表 2）；然后調整了銑削方式和刀具角度，在原產品的銑削設備、工裝上，按照原工藝參數進行產品加工，生產后的立筋變形明顯減少，即滿足了產品圖紙要求，現在已經批量應用于生產。

3.2.2 自動化、組合式專用工裝的應用

不同的產品特點，其加工工藝截然不同。通長來說客戶端輸入一個新產品基本信息（包括 3D數據和圖紙）后，首先了解產品結構，相繼展開產品在車體上固定連接方式、 BOM表等一系列的技術信息的提煉；經過對技術信息的匯總，編制出預期新產品開發工藝流程圖；結合初定的工藝流程圖，進行專用工裝模具和檢具的設計方案討論，該環節在新產品研發過程中及其關鍵。以上屬于研發工作的初期技術資料準備階段，也是中后期的鋪墊。如果工藝安排合理，專用工裝模具和檢具的設計、制造以及新產品的試制等具體的產品開發工作將會順利進行。筆者曾負責的頂蓋裝飾條產品開發中，自主設計了組合鋸切工裝，通過近期投產使用，顯現出自動化、組合式專用工裝運用在鋁外飾件生產中的優勢，圖 8是該產品的數據模型圖片。

件在車身部件中起到舉足輕重的作用，其鋁外飾件做為各主機廠首選的類型，因此“如何將鋁外飾件的研發周期縮短，穩定、高效、高質的生產”是一個龐大的系統問題，它依賴于研

發經驗的積累、計算機輔助設計技術、電器自該產品的長度約 2.4mm，與常規產品相比偏長，因此物流周轉困難，另外該產品的加工部位相對分散，造成加工基準不一致，累計誤差過大，在 OTS階段的機加過程是按分步工序加工和物流的方式生產，其具體產能和生產設備情況見表 3：

依據上述產能情況，假設生產 400套頂蓋裝飾條，整個機加車間連續生產周期是 2班次 5個工作日。該車型的月產量在 2500套左右，各工序的總生產周期累計約 24個工作日，后序的表面處理和裝配工序在當月沒有剩余生產時間。難以滿足主機廠的月產能計劃，也占用了公司固定資產。針對該產品加工部位銑削和鋸切的特點，筆者思考將局部加工整合成一套組合鋸切專用設備。具體如何實現產品各部位的加工精度是方案的關鍵，前期考慮利用程控方式驅動銑刀或鋸片實現各部位的加工，經過方案預算造價較高，對于生產周期 8年總產量 27萬輛份的車型，昂貴的產品單價，失去企業的經營目的。隨后筆者考慮用 PLC與電磁閥控制磁性汽缸，通過反饋位置信號，實現各部位的組合式自動加工，模具造價降低的同時，

設備的操作和維修相對簡單。在該專用工裝的設計中，筆者利用了車間閑置的 6臺 L銑頭，實現后端頭的鋸切和中部豁口的銑削見圖 9中 B區和 C區示意位置， A區是運用了皮帶傳動和杠桿原理，結合阻尼缸實現了快速切斷。各區域的運動情況用箭頭進行了示意。 A區、B區和 C區分別同步加工完成后，在沖壓區進行后端頭的沖前形和封頭加工。經過跟蹤改進后的專用組合鋸切工裝的工時定額達到 45件 /1H/2人?？s短了產品生產周期，節約了生產場地，同時減少了產品的物流周轉時間，除此之外更重要的一項是廢品率降低。

通過對銑削變形問題和組合自動專用工裝的運用闡述，可以得出結論：鋁外飾件的研發重點在于產品尺寸穩定的前提下確保外裝飾表面質量，因此要有合理的工藝流程、工藝參數以及自動化專用工裝共同構架。現代化制造業是一個多元化的行業，中國汽車零部件行業在這個多元化的行業中如同一只蘇醒的雄獅，正奔向國際化汽車零部件產業基地的平臺，眾多國際知名汽車品牌進入中國，給中國機械制造行業創造了生機，特別是國營和民營企業從中

技術問題和技術難題，通過實踐證明，只要鉆

研、勇于實踐和虛心請教，都可以得到解決。

4 結論

筆者僅是舉例介紹了中高檔轎車中鋁外飾

件在研發過程中出現的變型問題進行分析，并提出解決方案；除此之外還有其他研發技術問題，待進一步研究；通過該論文為后序類似產品的研發提供解決依據和技術支持；持續改進是個永恒的話題，新產品的研發工作只有起點沒有終點，追求“盡善盡美”是筆者始終不渝的奮斗目標。

通過從事中高檔轎車的新產品研發工作，做為一名年輕的技術人員需要在生產一線踏實的任勞任怨工作，虛心的請教學習，更要與時俱進、孜孜不倦的進步，不斷的完善更新知識結構，才能增強自身的才干，將車身鋁外飾件的研發工作做的更加扎實。筆者將在后序的實際工作中要堅持一切從實際出發的原則，應用馬克思主義哲學原理，結合機械設計理論，客觀的分析問題、解決問題，為中國鋁外飾件領域的科技研發進步做出貢獻。

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作者簡介

劉文莉：學士學位，高級工程師。研究方向：汽車零部件研發及工藝裝配自動化。

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