這篇文章我們來和大家聊聊當今汽車制造中一些先進、智能的生產(chǎn)工藝技術(shù)，以及掌握這些技術(shù)的企業(yè)在實際產(chǎn)品設(shè)計的中的運用實例。

汽車制造主要包含四大工藝：沖壓、焊接、涂裝、總裝。這四大工藝在目前的汽車制造中都處在一個需要快速革新的時代，比如超高強度鋼、鋁合金、碳纖維、玻璃纖維等新材料對沖壓成型工藝帶來的挑戰(zhàn)，新材料對連接工藝帶來的挑戰(zhàn)、新材料連接之后對防腐、密封、噴漆帶來的挑戰(zhàn)、工業(yè)4.0對總裝效率帶來的改善。

隨著排放和能耗的法規(guī)越來越嚴格，汽車輕量化設(shè)計成為必然趨勢。當然汽車輕量化的設(shè)計帶來的不僅僅只是油耗和排放物的降低，還能改善動力以及操穩(wěn)性能，也能帶來安全性的提升。

新型低密度材料在汽車制造中的應(yīng)用是目前汽車輕量化設(shè)計中最有效的手段，比如超高強度熱成型鋼、鋁合金、碳纖維等，新材料的應(yīng)用也伴隨著新的沖壓成型工藝的出現(xiàn)。比如超高強度熱成型鋼的出現(xiàn)，讓近幾年的熱成型工藝逐漸成熟。而隨著輕量化設(shè)計的深入研究，以通用系、德系等為代表的為數(shù)不多的幾家技術(shù)實力深厚的企業(yè)讓熱成型材料在輕量化設(shè)計的應(yīng)用中做到了更精細化，比如熱成型TRB（不等厚壓制熱成型板）、TWB（激光焊接不等厚熱成型板）、PATCH（兩塊熱成型焊接一體成型）熱成型板的應(yīng)用，這些新材料技術(shù)應(yīng)用在車身性能關(guān)鍵區(qū)域既能提升車體性能，也能有效的降低車身重量。比如別克新君越和雪佛蘭邁銳寶XL在B柱、雪橇板、前壁板前橫梁等處運用到了TRB和PATCH，相比采用一整塊等厚度熱成型板，重量可以降低20~30%，同時還能保證性能達到目標值。

超高強度熱成型PWT板應(yīng)用在新君越的雪橇版上

超高強度熱成型PATCH板的應(yīng)用在新君越的B柱和前壁板前橫梁上

不等厚度壓制或者激光拼接的板材在普通鋼材總的應(yīng)用也很多，它也是汽車輕量化設(shè)計中的優(yōu)秀案例，這種技術(shù)的運用要求汽車工程師有很高的設(shè)計能力，以及企業(yè)掌握較高的仿真技術(shù)、制造精度要求，雪佛蘭在邁銳寶XL上就做過諸多的實例運用，它們給邁銳寶XL的輕量化設(shè)計帶來了明顯的減重貢獻。

這一代邁銳寶XL和新君越在動力性能、燃油經(jīng)濟性、操穩(wěn)性能方面有了明顯的提升，很大一部分功勞要歸于整車輕量化的設(shè)計。

邁銳寶XL上大量的激光焊接不等厚板材的應(yīng)用實例

近幾年，鋁合金在汽車輕量化設(shè)計上的運用被企業(yè)和媒體都宣傳的很多，但是實際真正掌握了鋁合金車體零件的設(shè)計、成型工藝的廠家并不多，也僅有以通用為首的美系、奧迪、奔馳為首的德系掌握了各系鋁板的零件設(shè)計和成型工藝，包括鋁合金的鑄造、擠壓、冷沖壓和熱處理工藝技術(shù)等。其中通用在凱迪拉克CT6上對鑄造鋁合金結(jié)構(gòu)的實用可以被當作目前行業(yè)應(yīng)用的一個典范。

CT6對前后減震塔座、A柱立板、后縱梁等采用了鑄造鋁合金的集成模塊化設(shè)計，這種設(shè)計既提升了車身局部剛性的同時，還有效的實現(xiàn)了輕量化的設(shè)計。CT6車身上這樣的輕量化的集成模塊化結(jié)構(gòu)多大十幾處，將常規(guī)227個鋼制零件的數(shù)量變成了31個鑄造鋁合金件，模塊化的設(shè)計還能降低了零件管理成本，縮短了焊接的工時，提高了生產(chǎn)的效率。

鋁合金，碳纖維，超綱強度鋼材、普通鋼材，因為受到材料熱塑性的差異影響，導(dǎo)致傳統(tǒng)的焊接技術(shù)無法用于他們之間的連接。而此時一些技術(shù)深厚的廠家就開發(fā)出來車身冷連接技術(shù)，比如SPR（拉鉚）、FDS（高速旋轉(zhuǎn)螺接）、結(jié)構(gòu)膠鏈接等。他們被大量應(yīng)用在鋼鋁連接、鋼和碳纖維，鋁和碳纖維的連接等。而掌握這些技術(shù)的也僅有目前推出過鋼鋁復(fù)合車身（實際上并沒有所謂的全鋁合金車身的車身）的一些廠家，比如通用、福特、捷豹路虎、奧迪、寶馬等。

相比傳統(tǒng)熱連接，冷連接中的結(jié)構(gòu)膠連接、SPR等還可以讓連接區(qū)域受力更均勻，對提升車身結(jié)構(gòu)的強度、疲勞、耐久性都有益處，對車身被動安全性也有一定提升。 

結(jié)構(gòu)膠

在結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用上，通用在全球車企中處于領(lǐng)先地位，以CT6為例，結(jié)構(gòu)膠的使用是目前量產(chǎn)車之最，長達312米。在剛上市的全新一代探界者的下車體上，結(jié)構(gòu)膠的使用也達到了82米。結(jié)構(gòu)膠作為冷鏈接技術(shù)有著非常多的優(yōu)勢、比如可以讓結(jié)構(gòu)實現(xiàn)輕量化的設(shè)計。 傳統(tǒng)電焊機需要一定的焊接操作空間，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計時預(yù)留較大的焊接尺寸和必然空間，而結(jié)構(gòu)膠對連接操作空間要求較小，可以簡化連接區(qū)域結(jié)構(gòu)，所以對輕量化設(shè)計也有一定促進作用。比如結(jié)構(gòu)膠連接時，因為連接區(qū)域受力更均勻、可以改善連接區(qū)域結(jié)構(gòu)耐久性、疲勞性，增強結(jié)構(gòu)剛度和強度，對車身安全性也有一定的提升。比如還可以取代傳統(tǒng)熱連接或者與熱連接工藝協(xié)助提升結(jié)構(gòu)疲勞耐久等，而據(jù)陶氏化學(xué)這些結(jié)構(gòu)膠的專業(yè)提供商給出的實驗數(shù)據(jù)來看，結(jié)構(gòu)膠和點焊工藝同時使用時，可以將該區(qū)域的抗疲勞性能提升2倍。

當然，在新材料和傳統(tǒng)材料的熱連接上，部分技術(shù)先進的企業(yè)也攻克了鋁合金在熱連接過程中的熔融問題，比如通用開發(fā)了全球領(lǐng)先的鋁點焊技術(shù)。為了改善焊接車身外觀件的鍍鋅蒸汽飛濺問題，通用開發(fā)了全新的遠程鍍鋅激光焊接技術(shù)，這項技術(shù)可以提升焊接效率3~5倍，減少50%焊接操作工位。目前這兩項熱連接技術(shù)的專利均屬于通用。 

等離子釬焊、激光釬焊、Arplas（阿普拉斯）焊接等技術(shù)也被通用和德系部分國際一線廠家掌握，并且運用在了新產(chǎn)品上。

激光釬焊

凱迪拉克CT6的鋁電阻點焊

涂裝是檢驗一座工廠是否環(huán)保的照妖鏡，油漆以及液態(tài)涂膠的揮發(fā)制或多或少存在一定的污染性，這就要求工廠的工人穿戴整齊的防靜電服和防護口罩，工廠的排放也需要做特殊的廢氣處理，所以大煙囪成為了涂裝車間的標志性特征。而現(xiàn)在一些先進的智能環(huán)保級工廠已經(jīng)實現(xiàn)了高度自動化的機器人噴涂作業(yè)，比如上汽通用的金橋工廠、通用武漢二工廠、捷豹路虎的常熟工廠等。而且目前通用的這兩座工廠通過采用干式文丘里、高效廢氣處理系統(tǒng)等行業(yè)先進環(huán)保設(shè)備，大幅降低VOC有機揮發(fā)物的排放，讓涂裝車間幾乎實現(xiàn)了污染零排放，傳統(tǒng)的混凝土高煙囪在這兩座工廠的涂裝車間也成為過去式，達到了世界級環(huán)保水平。

自動化噴涂技術(shù)改善了生產(chǎn)效率的同時，也能改善了噴涂質(zhì)量，提升了防腐和NVH相關(guān)性能。比如為了改善地板的震動和噪音，需要在地板上設(shè)計阻尼墊，過去傳統(tǒng)的阻尼墊都是瀝青材質(zhì)，只能通過人力操作。而現(xiàn)在新的液態(tài)可噴涂隔音墊LASD的出現(xiàn)讓噴涂完全實現(xiàn)了自動化，而且LASD更環(huán)保，與傳統(tǒng)瀝青阻尼墊相比隔音、減震效果也增加一倍。這樣的先進噴涂技術(shù)已經(jīng)被上汽通用引入到了上海金橋和武漢二工廠等先進工廠中。

總裝工藝技術(shù)的好壞是最能評價一座工廠生產(chǎn)智能化以及生產(chǎn)效率的地方，現(xiàn)代工業(yè)級以太網(wǎng)的應(yīng)用讓一些汽車工廠達到了智造級水平，大大提升了生產(chǎn)的效率，改善了車間生產(chǎn)的柔性，讓同一間總裝車間可以適應(yīng)多款車型的生產(chǎn)。

目前在國內(nèi)，通用的金橋工廠和武漢二工廠因為工業(yè)級以太網(wǎng)的應(yīng)用以及大規(guī)模自動化機器人設(shè)備的使用，已經(jīng)達到了智造級水平，一間總裝車間的柔性可以拓展到適應(yīng)7款不同車型的生產(chǎn)，總裝效率也將傳統(tǒng)每小時生產(chǎn)25臺的效率提升到65臺，提升效率的同時也節(jié)約了廠房、土地以及生產(chǎn)設(shè)備的投入。

工業(yè)級以太網(wǎng)在總裝技術(shù)中的應(yīng)用，還有一個重要的特點就是通過智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可追溯總裝過程中的每一個關(guān)鍵螺栓、螺母等緊固件的扭矩信息，構(gòu)建起世界級數(shù)字化裝配體系，讓每一輛車的裝配環(huán)節(jié)都可實現(xiàn)自動化監(jiān)測、追蹤以及后期產(chǎn)品售后管理，為生產(chǎn)和售后管理提供了快速查詢的數(shù)據(jù)庫。

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