传统汽车车身是一个复杂的结构件总成,由数百种不同牌号和厚度的钢板冲压成形后,经过焊接、铆接、胶接等方式连接而成。传统汽车制造有冲压、焊装、涂装和总装四大核心工艺。
1. 冲压工艺
冲压工艺是所有工序的第一步,采用压力机和模具对板材进行加压,使之产生塑形变形或者分离(冲孔、切边等)。冲压工序按照加工性质的不同,可以分为两大类:成形工序和分离工序。对于具体的冲压零部件,需要根据零部件的形状、结构、材料和技术要求,结合生产批量和生产设备条件进行具体的工艺分析,确定最终的工艺路线。比如,比较复杂的侧围外板,冲压工序就包括:落料—拉伸—切边、冲孔—整形—冲孔—冲孔—检验。
其中和车身相关的工艺包括冲压、焊装和涂装,主要由车前舱总成、前围、后围、地板总成、左右侧围总成、顶盖总成等零部件焊装而成。
2. 焊装工艺
冲压好的车身板材需局部加热或者同时加热、加压连接在一起形成车身总成。常用焊接方式包括点焊、凸焊、钎焊、二氧化碳保护焊等,通常设置有焊接生产线,使用焊接机器人来进行。焊装是车身成形的关键,焊接强度直接影响车身强度。焊装工艺是车身制造工艺的主要部分。车身结构复杂、种类多、产量大,为了保证车身焊装质量,提高焊装效率,通常需要进行焊接夹具设计,达到定位与夹紧的效果。
对于传统全钢质车身,低碳钢具有良好的焊接性能,焊接是车身制造中使用最广泛的连接方式。随着热成形钢等超高强度钢的应用,钢的碳含量在降低,其焊接性能也有所降低,需要对焊接工艺进行持续优化,达到焊接强度要求。
3. 涂装工艺
涂装工艺是指将涂料均匀涂覆在车身覆盖件表面上并干燥成膜的工艺。涂装有两个重要作用:一是整车防腐,二是增加美观。主要包括以下工序:漆前预处理、喷漆(底漆、中涂、面漆等)工艺和烘干工艺。一般,车身涂装的典型工艺包括:①涂三层烘三次体系(漆膜总厚度为70~100μm);②涂三层烘二次体系(漆膜总厚度为70~100μm);③涂二层烘二次体系(漆膜总厚度为55~75μm)。整个过程需要有大量的化学试剂处理和精细的工艺参数控制,对涂料以及各项加工设备的要求都很高。
4. 总装工艺
总装工艺是将汽车零部件按规定的技术要求,选择合理的装配方法进行组合、调试,最终形成可以行驶的汽车产品的过程,是整车制造的最后一个环节。前边的三道工序(冲压、焊装、涂装)完成的漆后白车身在总装进行整车装配。
除了以上传统钣金车身的四大车身制造工艺,对于全铝车身和碳纤维复合材料车身,传统的四大工艺还需要进行相应的调整和改变。
对于全铝车身,其焊接制造工艺需要进行重新考虑。由于铝合金材料对热比较敏感,如果继续使用大量的传统焊接工艺,会存在焊接强度低以及产品尺寸的精度控制问题。因此在全铝车身上,需要更多地考虑新型的连接工艺,比如自冲铆、结构胶粘接技术等冷连接技术,避免在车身连接处产生热变形。
对于碳纤维复合材料车身,传统的冲压和焊接工艺需升级为模塑成型工艺和粘接工艺。宝马公司是碳纤维复合材料在汽车中应用的领先者。宝马公司将7~11层厚度的碳纤维织物根据需要进行切割,采用高压树脂传递模塑工艺(HP-RTM),最后才变成能够安装到宝马i3 Life上的零部件。宝马i3的白车身有130个零部件,碳纤维复合材料零部件采用粘接工艺,并实现100%的自动化,碳纤维复合材料车身的粘接长度达到160m。碳纤维复合材料框架通过金属紧固件和胶黏剂,与底盘、动力系统等进行“合体”,成为完整车身。