白车身样件快速制造在样车试制中的应用

白车身样件快速制造在样车试制中的应用奇瑞汽车股份有限公司 田 媛概述了快速制造在主机厂样车试制的过程应用，介绍了汽车覆盖件快速模具冲压工艺在样车试制中的应用，比较了快速模冲压件与量产全模件的制造工艺和项目应用，指出基于快速模具的冲压技术可以实现低成本、高效率小批量样车的快速试制。前言在产品整车造型确定，白车身外覆盖件、关键件及结构件数据相对稳定后，主机厂将根据研发系统、试验及生产部门的需要对新车型进行小批量样车的试制。如何在最短时间里提供与产品定义相吻合的样件、完成各种性能试验和工艺验证已成为至关重要的工作。为此孕育而出的快速成型及快速模具制造业在汽车领域的运用得到了蓬勃的发展。尤其是白车身覆盖件大都是空间曲面结构，形状复杂，在成形过程中变形规律不易掌握，导致了其制造周期长、资金投入巨大的特点。在前期验证阶段、数据尚不成熟的情况下，如何以最短的时间提供样件，进行小批量工艺验证，规避因数据不稳定造成的量产模具设变量巨大，降低开发风险，实现信息反馈，改善设计，验证工艺已成为样车试制的关键。本文以奇瑞汽车样车试制为例，结合快速成型，尤其是快速模具工艺实现样件的快速制造。汽车快速制造概述快速制造在样车试制过程中一般分为白车身冲压件的快速制造和内外饰样件的快速制造，都是基于快速成型技术和快速模具制造技术进行的快速样件制造。2.1 快速成型技术（简称 RP技术）RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。在无需准备任何模具、刀具和工装夹具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。因此，RP技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期，降低开发成本，提高开发质量。2.2 快速模具制造快速模具制造分为冲压件快速模具制造和塑料件快速模具制造（如图1），是基于RP技术和新材料发展而产生的。它依据快速成型制作的实体模型，采用拷贝方式(如金属喷涂、电镀、复合材料浇注、精铸等)快速制造模具的主要工作部件(凸、凹模)，其制造周期一般为传统数控切削方法的1/5~1/10，而成本却仅为其1/3~1/5。冲压件快速模具制造主要有两种类型： (1)中熔点合金/低熔点合金快速模具，称为混装快速模具，材料可重复利用，世界各大汽车公司通常采用这种技术方法； (2)环氧树脂类或聚氨酯类模具，材料不可以重复利用。塑料件快速模具制造有硅橡胶模具、环氧树脂模具、低熔点合金模具、铝合金模具等。图1试制样件快速制造工艺种类（图1中“刚强钢板”是否准确？右侧中英文需翻译）白车身快速制造的应用3.1快速样件开发一般流程图2为样车覆盖件试制一般流程。当白车身数据相对稳定、工艺验证阶段的开发数据下发到试制部门后，试制部门将根据正式模具分包情况对铸造模此类长周期零件进行快速模具的开发。因为产品数据中的小尺寸零件在批量生产中是要开发钢板模具的，而正式钢板模的开发周期与快速模具的开发周期基本一致即3~4个月，为节约成本，将对快速模具及正式钢板模具并行开发。图2样车覆盖件试制一般流程快速模具冲压件开发清单确认后，按照零件重要性、材料及加工难易程度将零件分为外表面件、高强度钢板件、结构件等，以便于确定快速模具材质以及对冲压件供应商进行分包。目前，白车身快速样件基本采用的是整车或全部铸造模具冲压件的开发。样件按照在整车中的作用、质量要求及制造难易程度，按梯次分配给不同的供应商，这样可以大大减少制造成本，避免不必要的浪费，但给供应商的管理带来一定的挑战。供应商确定之后，要制定样件的工艺方案，对供应商进行项目进度跟踪，并对样件制作过程中发现的问题及时反馈。样件在提样之前最重要的工作就是制件检测，只有达到技术要求的制件才可以发货到主机厂，不合格制件则要求厂家限期整改。随后便是样件到货后的装车匹配与验证，这个过程需要各部门全程跟踪、及时反馈，争取以最快速度完成数据的完善更新。3.2白车身快速模具制造工艺目前，国内供应商的大件快速模具材质仍是铸铁。而韩国、日本以及一些合资供应商出于节约成本、资源重复利用等方面的考虑，在非高强钢板的快速模具制造上大部分采用的是锌铝合金ZAS），高强钢板以及重要的外表面制件仍使用铸铁制造。对于一般零件，只开发一序简易成形模具。其模具结构与正式模具一样，包括凸模、凹模、拉延筋、压边圈或压料板等，但取消或简化了导向机构、安全机构。为减小模具高度，制作统一的互换式垫板（如图3、图4）。图3

门内板铸铁模具

图4

地板锌铝合金（

ZAS）模具快速模具与正式模具在拉深工艺上的区别如下。（1）凸模型面基本还原数模：不像正式模具有可能在一序拉深时放大 R角，设计回弹补偿等工艺等待后续整形，一般来说，快速模具对数据部分不做过多的处理。因此，制件在一序拉深时往往要通过涂拉延油、铺垫塑料布等方式减少板料流动阻力；同序多次拉深，每次拉深在未到底之前对板料多次切边切角，调整板料流入量，确定板料是否拉深到位。（2）工艺补充面做大：相对于量产模冲压件首要关注的材料利用率，快速模具因其工序的简化，更侧重的是成形质量。因此，快速模具所需的调试板料尺寸比量产模具的要大，原因如图5。图

5

快速模具与正式模具在成形工艺上比较（3）后续翻边整形开发区域模具及镶块：对于像侧围、翼子板等零件，后续还要开发域性翻边整形模具或镶块，如图6、图7。

2~3套区图7翻边整形镶块 图6区域性翻边整形模具3.3 基于快速模具的快速冲压件制造图8快速样件制作的一般工艺流程图8是快速样件制作的一般工艺流程。样件利用快速模具完成拉深工序后，通过激光切割、手工修缮及制件检测完成整个样件的制作。（1）激光切割。激光切割机的精度可以达到 0.2mm，完全满足样车试制的要求。对于现代CAD/CAM 制造技术来说，样件的激光切割精度就更加依赖其定位支架的制作工艺。定位支架分为油泥固定和数模截面线定位两种形式。油泥式固定支架（如图9）：在油泥未凝固前，由拉延件型面确定出固定形状。因油泥符合实际制件型面，定位相对稳定。但容易偏离数模原始状态，且不易发现差别。截面线式定位支架（如图10）：在数模中截取断面线导入激光切割程序，用厚钢板进行截面制作，再按照坐标参数组合成定位支架。因截面严格遵照产品数模加工，如拉延件不符数据，较容易发现漏洞，可以及时调节整改，但有定位不稳现象。图9油泥式固定支架 图10截面线式定位支架一般来说，拉深后的制件不一定与数据完全符合，因此激光切割的过程通常采用自动编程与手动编程相结合的方法来达到料边与孔位的柔性调整。先对拉延件进行2~3台份的划线非透切调试，调试过程中需检测边线和孔位与特征线的距离，通过手工编程对部分区域进行调整，最后再进行完整的切割工作。2）手工修缮。激光切割完成后，需要对板件进行手工修缮，一般会利用一些专业工具对成形困难的部位进行特殊处理。完善工作全凭工人经验。3）制件检测。因为样车试制阶段的数据状态并不具备开发正式检具的条件，那么在签订技术协议时，主机厂会要求供应商对重要的车身覆盖件开发简易检具，其他制件采用凸模划线的方式对制件进行检测，如图11。图11划线模具、增开翻边检测划线镶块试制样件的精度要求相对于量产模具的标准要低些（如表 1），但不会因为制作工艺不同、制造周期迅速而丧失了产品验证的作用，一般包括孔、线、面、曲率半径、翻边及角度等检测项目。按照目前供应商的制造水平，韩国、日本等国外供应商基本可以达到 85%以上制件符合率，国内厂家精度相对较低，在 70%~80%。表

1

快速样件检测标准

mm3.4 快速模冲压件项目在奇瑞公司的应用目前已为公司近 10余款车型提供试制样件，试制厂家遍及国内、韩国和日本。图12是奇瑞两款已经SOP（量产）的B级轿车未开发快速样件项目与开发快速样件试制项目在进度与设变费用方面的比较。图12

开发与未开发快速样件试制项目在进度与设变费用方面的比较从图12看出，试制样车的验证是产品开发从数字模拟阶段转变成实体至关重要的一环。 开发白车身快速样件就是需要将样车试制的过程提前， 在试制过程中将产品设计及工艺缺陷充分暴露出来，反馈给产品设计， 进行数据完善，其结果有可能推迟了 P3节点正式模具的数据冻结时间， 但这样可以将缺陷尽早反映出来，大大减少了后期正式模具的设变成本。单就从快速模单件成形性与匹配来看，样件试制过程中出现的成形问题（如图 13）可以提早反馈到设计部门。问题反馈得越早，后期开发风险越小，产品越具有竞争力。图13样件试制和装车匹配过程中发现的工艺问题总结随着汽车制造业从新产品开发到投放市场周期的日益缩短，样车试制架起了链接产品虚拟设计与实物验证的高速通道，而白车身样件的快速制造则以低成本、快速反馈的特点保障了样车试制在最有效的时间内完成工艺验证、性能试验以及信息反馈的作用，从而降低产品开发风险，使其更具市场竞争实力。白车身样件的快速制造要最大限度地发挥出它应有的作用，就必须在样件供应商分包、数据发放节点和问题反馈这3方面规划得当。目前的许多样车试制项目多采用整包发放的形式，对于技术水平较低的供应商，其自身的制造水平本身就影响了工艺反馈的真实性，那么对于整车试制也许就只起到赶进度供件装车的作用；而对于技术水平较高的供应商，虽然技术支持可以保证，但整包开发势必增加了开发成本。因此，对样件分梯次分配供应商则既可以满足技术要求，又可以极大限度地降低研发成本。数据发放节点是项目开发的关键。样件试制数据的发放和正式数据冻结这两个时间点的控制是整个产品开发进度和成本的决定点。样车试制是产品设计的验证阶段，相当于给产品设计一次犯错改正的机会，但并不是说错误是不需要代价的。如果样车数据在很不成熟的情况下下发过早，会造成样车状态严重滞后于产品最新数据的后果，这样就不能实现工艺匹配和性能验证作用。然而，样件试制数据下发的过晚就要考虑是否有必要投入过多资金开发快速样件了，因为快速模具不能进行大批量生产，最终都是不可利用的。因此，产品部门一定要谨慎控制数据发放节点，在产品定义明确、数据较合理的前提下适当提前试制数据的下发节点；在单件工艺验证、整车匹配、性能试验等问题通过装车验证的反馈与完善，数据状态稳定的条件下发放产品冻结数据进行正式工装的开发。也就是适当提前试制数据的下发节点，并适当推迟产品冻结数据的发放节点，这样才能有效规避风险，提高产品的市场竞争力。当产品定义明确，在项目前期同步工程部门需要提早介入进行数据分析，尽早发现设计问题，通过SE分析与反馈将设计缺陷控制在样车试制数据发放之前； 再通过实际的装车试验， 尽量将存在的问题冻结在正式工装开发之前。只有这样，我们的产品才能以较低的成本、快速的开发进度赢得市场主导权。出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也 。臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。