低成本車身精益試制方案及工藝方法

魏晨雯 吳云騰 李鋒

（泛亞汽車技術中心有限公司）

汽車市場車型更新迭代、層出不窮，考慮到全新車型開發(fā)成本高、時間周期長等因素，越來越多的車企選擇在已有車型上做精益化試制。精益化試制首先在車輛外形上要滿足改制需求，做到尺寸保證。其次，在強度方面達到目標狀態(tài)，為后續(xù)試驗提供保障，因此極為考驗改制方案的制定。文章主要介紹了車輛加長的精益化試制工藝方案，以及車身加長尺寸保證、零件定位方式的夾具結構。

1 車身改制

車身改制是指在某款已有車型上進行切割、加長或其他更改的操作方式，為新結構車型提供樣車模型。案例原方案為全新開發(fā)造車，但考慮到全新造車開發(fā)周期長、零件成本高、人工工時長，因此采用一種精益化試制的造車方式，在原有車型上做精益化改制[1]。考慮到不能破壞原車強度，同時要滿足改制需求，只能借助原有結構進行設計，因此對工藝的要求較高。此外，保證重要連接硬點的尺寸也是難點之一[2]。

1.1 工藝方案指定

該款車使用某大型SUV作為BASECAR，旨在通過精益化改制實現(xiàn)車身軸距加長230 mm，完成SUV到皮卡的變身。同時后懸機構也根據(jù)皮卡車輛性能更換成其他多連桿機構。原車車身長4 700 mm，寬1 865 mm，軸距2 710 mm。焊接夾具定位后精確切割車身，通過夾具的滑軌機構[3]將中地板區(qū)域X方向拉長230 mm，再拼接零件完成車身加長，最終軸距達到4 930 mm。涉及區(qū)域包括車身側圍內(nèi)外鈑金、中地板區(qū)域、中央通道后端、門檻內(nèi)外鈑金及內(nèi)加強板、車頂?shù)取８闹坪蟾鼡Q新結構的后懸匹配皮卡車輛性能，通過一體化焊接夾具改變左右后縱梁及輪罩區(qū)域的連接硬點。

1.1.1 切割方式及位置

切割位置是工藝方案設計的基礎，需要考慮多方面因素。既要保留車身原始動力學的強度設計，盡可能使原有零件狀態(tài)完整，給改制車身提供剛度與強度的保障。同時也要為后續(xù)加長零件連接提供足夠的空間與結構，滿足焊接的可操作性。考慮到側圍內(nèi)外鈑金、門檻內(nèi)部結構及加長后曲率不同，針對各個部位分別選擇不同位置實施切割，如圖1所示。

圖1 車身軸距加長區(qū)域示意圖

相較于其他部位拼接，側圍上邊梁加長存在曲率不等、連接不暢的型面問題，同時衍生出零件搭接困難。因此選擇切割點時尋找較為平坦、內(nèi)部結構較為簡單的區(qū)域，沿車身坐標X=3 634 mm位置切開。考慮到側圍上邊梁內(nèi)板與外板3層搭接的連接方式，工藝上將切割口設計成凸字型，預留足夠空間方便后續(xù)鈑金搭接。側圍內(nèi)板兩側切割線在X=3 634 mm基礎上向外擴展50 mm，外板兩側切割線向外擴展30 mm。

門檻處較為平坦，但不同于側圍上邊梁，門檻內(nèi)部有上下2個長為1 564 mm的CR-980T超高強度的角鋼加強。工藝設計時考慮切割高強鋼會破壞車身強度且操作困難，因此回避此處并尋找角鋼尾端，即后縱梁的前端X=3 534 mm處做拼接點。門檻外板兩側在切割口處向外擴展30 mm作為切割線，側圍外板向外擴展60 mm作為切割線，形成階梯切口，以便于加長件連接，如圖2所示。

圖2 側圍門檻內(nèi)部結構

前地板及中通道區(qū)域根據(jù)原車與后地板搭接位置，將其與4號梁搭接處焊點鑿開再加長。車頂在距離上邊梁切割基準的前、后80 mm處開始切割，這樣的工藝不僅可以預留出車頂焊接空間，同時對側圍過渡板、上邊梁內(nèi)板都預留出足夠的點焊空間，不需要額外增加開孔塞焊，操作及強度上做到最優(yōu)。

1.1.2 車身拼接工藝

側圍處改制較為復雜，原車結構為3層鈑金，如圖3所示，其中上邊梁結構形狀為幾字形，搭接在前后斷面處的零件因內(nèi)徑減少一層壁厚，新增的零件型面不同，無法從原車上截取，同時考慮到材料為CR980T的高強鋼，手工樣件成型難度較大，因此使用開軟模的方式制作。通過切割時預留的30 mm使新內(nèi)板加長件與原內(nèi)板搭接起來，此處前后各設計8個焊點加強連接。

圖3 側圍上邊梁內(nèi)部結構

側圍外板通過與切割處焊接過渡板來實現(xiàn)連接，外板在原車上截取尺寸型面相似零件，兩側去倒刺毛邊。按照加長部位的尺寸并加以輔型定位，如圖4所示。操作中需多預留一定的尺寸結構，保證上件后前后連接無斷面情況。前后共計16個焊點，通過打孔塞焊的方式連接。

圖4 側圍上邊梁加長結構

側圍內(nèi)板與外板為鈑金CR4，考慮到軟模成型成本高、開模耗時長，同時與原車側圍曲率相似，零件材料易整形，更為了保證裝配精度，最終選擇在原車的側圍上截取相似位置的零件做加長處的拼接。工藝連接方式在拼接與搭接中選擇前者，因其強度更高。設計焊接點時預留足夠搭接位置以保證連接強度及力學性能傳遞，此處設計為雙排焊點結構，因此在外板內(nèi)側增加100 mm過渡板。因操作空間受限，焊點位置焊槍不可達，因此改為開孔6 mm塞焊，然后進行A面打磨。隨后將側圍內(nèi)板中將加強角鋼以點焊形式加固，完成側圍外板、上邊梁焊接，最后將側圍內(nèi)板與其他鈑金焊接在一起，起到封層作用。為了保證連接強度，主要使用點焊的形式，但局部由于內(nèi)部中空結構，且工藝設計時上件狀態(tài)為4層鈑金疊加，側面點需要使用打孔塞焊的方式連接。車身左右側圍相對應的區(qū)域都做相同工藝設計。

門檻處為3層鈑金結構，門檻內(nèi)板加長遵循原車狀態(tài)，零件本身使用GMW3399M-ST-S-CR980T/700Y材料，門檻強度通過保留零件加強筋特征來實現(xiàn)，因此選擇使用軟模零件。零件總長度265 mm，預留35 mm作為與后縱梁搭接邊，通過4個焊點連接。在內(nèi)部上下分別增加高強角鋼做支撐，高強角鋼為自制折彎件，外部連接處增加長度100 mm，材料為GMW3399M-ST-S-CR980T/700Y-MP-LCE-HD60G60 G-U超高強度補強搭接件。因此，設計39個2層焊點，前與補強件、后與后縱梁搭接處設計15個3層焊點來保證強度。

門檻外板方案同樣使用自制折彎件過渡板連接，門檻外板與側圍外板間隙過小，因此采用在門檻外板內(nèi)部增加過渡板的形式。切割分離點設置在后縱梁底部的內(nèi)部加強連接點處，為避讓該特征工藝，設計為半邊過渡，同時為前后連接的雙排焊點預留長度100 mm的操作空間。為還原原車狀態(tài)，該零件與門檻外板材料相同，使用GMW3032M-ST-S-420LA制作折彎零件。連接前端設計為10個焊點，后端過渡板設計為5個焊點連接。

過渡板連接后，門檻外板再上件。使用980T自制高強鋼折彎件，與過渡板連接處由于中空結構，采用開孔塞焊方式，共計20個焊點。下方與內(nèi)板連接處采用15個點焊的方式連接，連接前預留一定尺寸，匹配前后切割處，保證連接平滑無斷面。不同于側圍上邊梁，門檻外板為半包結構，加長狀態(tài)與上邊梁結構不同。側圍外板焊接尺寸也同樣需要兩側過渡板作為支撐，此時門檻外板與側圍僅存在4.25 mm的操作空間，利用切割時設計的側圍階梯型斷面作為輔型，制作自制折彎件與原車門檻外板持平，如圖5 a所示。側圍外板鈑金兩端與切割面匹配焊接，中部與加長門檻內(nèi)板及門檻外板塞焊連接。外觀面保持完整性，無明顯的斷面，如圖5 b所示。

圖5 門檻外板加長結構

車頂部位零件較為平整，曲率變化量不大，因此截取原車零件。零件前后采用對接，兩端與側圍為T型連接方式。為防止后期漏水等問題，上件前零件涂上密封膠，四周再使用燒焊方式連接。

2 夾具定位

焊接夾具通常包括柔性平臺、過渡連接板、角支架及上方夾頭。通過定位基準塊及定位銷將零件精準定位。焊接平臺需要滿足柔性特質(zhì)，具備夾頭靈活可調(diào)節(jié)、定位基準塊尺寸精準的要求。

2.1 白車身定位夾具

針對該項目切割后加長的需求，將夾具設計為切割定位-加長為一體的可滑移結構[4]，既能起到切割時固定、支撐車身的作用，還能精確控制車身加長尺寸，繼而完成后續(xù)拼接。而更換后懸結構導致的連接硬點變化，根據(jù)改制需求，也考慮到BASE利用空間，將這一部分做到同一序夾具上，如圖6所示。

圖6 車身軸距加長焊接工裝

白車身通過夾具平臺上的主定位銷，對應車身上六大基準孔定位將車身固定[5]。首先將夾具滑移機構定位在車輛原始狀態(tài)，即滑移機構后端與中部止擋塊完全貼合狀態(tài)，并通過左右兩側止位銷固定。主銷由于定位部位均在前后縱梁上，這種縱梁的空腔結構使得傳統(tǒng)主銷僅能起到定位作用，無法兼?zhèn)鋳A緊功能。考慮到定位夾緊集成在同一銷頭上，因此在設計時使用鉤銷方式完成一體化夾緊，如圖7所示。零件放入前手柄提起，此時銷頭內(nèi)部鉤狀壓頭藏于銷體內(nèi)部，便于零件放置到位。完成定位后壓下手柄，鉤銷于兩側落下完成夾緊。

圖7 主定位銷鉤銷結構

2個前艙夾頭從前艙內(nèi)側向外定位前縱梁Z方向，為防止切割時中通道及地板面板受力造成的局部變形，增加支撐柱。定位完成后使用激光投影設備在白車身上投影線條，切割后手動拉長夾具，加長車身230 mm，即滑移機構與前端止擋塊完全重合，并通過左右兩側止位銷固定。考慮到空間利用率及夾具設計優(yōu)化，以及后懸零件更換導致的硬點改制，采用斜上方滑軌的方式，通過銷連接套筒將零件固定在夾頭上方，推動夾具滑移機構至夾具上孔與過渡板上定位孔同心后使用止位銷鎖緊。

3 結論

精益化試制方案是結合不同改制需求，在現(xiàn)有車型上完成的新方案的試制。這種試制方法既能實現(xiàn)新車型結構搭建，完成新功能上線，又可以降低制造成本，壓縮開發(fā)周期。精益化試制前期方案的制定對于后續(xù)車身強度、尺寸控制及可操作性都有極大影響。該項目采用精益化試制替代全新開發(fā)造車，實現(xiàn)了軸距加長。文章總結了車身加長的改制方法，尤其針對封閉多層且高強度的結構完成拼接。可以將這套方法運用于后續(xù)精益化試制的加長加寬、油車改電車的改制中。