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【大黄疯爱钻研1】白车身连接点应该如何设计?
作者:莫斯科赌场    发布日期:2020-10-30 14:45


  搜索一下知乎和某些网站,还没有找到一片关于白车身连接点设计的文章,从事了多年车身设计工作,无论是传统车还是新能源,应该说说连接点了。本文从以下四个方面谈谈白车身连接点:

  汽车行业竞争日趋激烈,新兴车企如雨后春笋般涌现。谁把成本降下来的同时不影响性能,谁能把握真正的设计,谁才是最后的赢家。在车身设计中,有个很重要的点经常被忽略,却又至关重要,它就是连接点,这里的连接点不仅仅包括传统车的钢点焊,还包括铝点焊、铆接、烧焊、涂胶、螺接、激光拼焊等等,有效合理的连接点设计,不仅可以为主机厂节省大量成本,提高效率,还对车身性能,例如车身弯扭刚度、疲劳耐久性能、碰撞安全性能、NVH性能都有很大的影响。本文通过示例,详细解剖白车身连接点设计。

  白车身连接点是指将各个零件连接在一起最终拼合成白车身的结构。实际生产过程中,连接点类型的应用情况直接影响白车身的性能、生产线的生产节拍、生产成本、现场设备的可达性,甚至影响工人的工作量。

  保证性能是一切连接的基础,失去性能的设计将一文不值,我不止一次陈述这个观点,“不以性能为基础的设计都是耍流氓”。

  连接点的类型、焊点或者铆点的数量、涂胶的长度都对性能有着极大的影响。比如传统钢制车身中,通常钢焊点之间距离约为50mm-60mm,这个间距能够满足车身上大部分区域的设计。但是在前纵梁后段、座椅横梁等碰撞敏感区域,往往为了满足性能要求而缩小焊点间距,甚至做到30mm。

  SUV的尾门较重,对后围板的结构设计带来很大压力。疲劳耐久时,经常会出现焊点开裂问题,这时候采取的措施并不是增加焊点来增加整体结构的刚度,恰恰是通过减少焊点数量,重新合理布置焊点位置,错开疲劳耐久敏感区域,来满足要求。

  连接点对NVH性能的影响最直观的就是弯扭刚度敏感区域,例如中通道区域、后座椅前横梁区域,经常会出现因焊点布置不合理导致异响(钣金之间的碰撞和摩擦)问题,需要在中通与厚点总成连接区域适当增加焊点数量。

  节拍是产量的保证,一味的追求性能,无限的增加连接点,不只是增加成本,还有流水线上的时间。

  每条生产线都有其固定的节拍,通常会设置在42s-46s之间,这是充分考虑连接点数量、工人操作速度、工人劳动强度后所设置的节拍时间。如果某个车型的连接点数量突然飙升,流水线上的机器人就会显得力不从心了,按照机器人20小时不停运转计算(当然会有短暂休息),节拍差1s,一天会影响接近40台份的产量。所以合理设计连接点数量和类型是门技术活,不仅仅考验设计工程师的基本功,也考验其与现场车间的对接能力。好在目前车间的自动化程度越来越高,小小的一颗螺丝钉也基本通过机器人焊接了。目前广汽的杭州工厂已经建成投产、宜昌工厂也基本建成达到预投产状态,高度的自动化,减少了人工作业,“为工人减负”成为其最大的亮点。

  主机厂打造车型时都是以“万台”为计量单位。以传统钢制车身为例,简单粗暴计算方法计算,每个焊点0.2元,每台车4200个左右焊点,生命周期100万台。总额:0.2×4200×1000000=8.4亿元。如果每台车减少一个无效焊点,可节省金额:0.2×1000000=200000元。很多主机厂为提升产品竞争力,对标其他车型,不仅仅对标的是外观、性能、结构。这种细小的成本对标也是重中之重。很佩服吉利神车,以量取胜,成本控制堪称模板,是通过什么途径进行降本,本着不知道不乱说的原则,有待进一步考察分析研究。有一种思路,目前结构胶的应用越来越成熟,而且成本不高,可以增加结构胶的使用量来减少焊点的数量,对于这个思路,本田已经开始应用。

  主机厂产线基本已经成型,多种车型共线,焊枪基座位置固定,可达性是设计连接点必要条件。

  可达性对设计工程师来说比较有挑战,尤其一些主机厂的研发机构和生产工厂距离较远的企业,例如吉利研究院在宁波、大众佛山工厂等,设计工程师不能够及时有效的对车间每个机器人的机械臂、工位进行了解,容易导致共线车型焊点不可达问题。所以焊点位置的设计,基本功很重要,在充分理解白车身性能的同时,要对车间的每个工位的机器人、机械臂类型(C、X)、烧焊工位、补焊工位等进行充分了解。

  找了三个车型,来看看它们的连接点设计。每个车型对连接结构的设计应用,都是对车身性能和现场生产综合考量后的结果,各种车型可供借鉴的同时,设计工程师也要根据自家车企量“力”而行。

  被大家讲烂了的奥迪A8,车身竟然用了14种连接方式,其中包括MIG焊、远程激光焊等8种热连接技术和冲铆连接、卷边连接等6种冷连接技术,一战成名,被赤裸裸的摆在各车企的对标平台上,有种“裸模”的感觉。后座背板处布置有一块碳纤维面板,碳纤维材质的加入对车身连接技术提出了更高的要求,结构胶和螺接的应用更多。

  不同材质之间、不同的区域应用不同的连接类型,例如在车辆B柱位置,新一代奥迪A8在材料连接上应用了卷边及黏贴封边技术,这种冷连接方式可以将不同材质有效地固定在一起。

  因为不同材质之间热胀冷缩程度不同,最后B柱还采用了Piece-locking连接方式,即在卷边处每隔一段距离就打一个凹坑,以确保三层材料完全贴合在一起。

  本田第十代雅阁、RDX等车型率先尝试大量使用结构胶及激光钎焊连接方式以达到性能优化及轻量化的目的。

  顶盖激光钎焊是指通过激光发生器产生激光,以激光为热源、利用激光高能量密度特点,加热并熔化固态钎丝,钎丝熔化后渗入到焊接缝隙、连接顶盖与左右侧围的一种方式。

  雅阁顶盖与侧围搭接采用激光钎焊的形式,如下图所示,省去了双层搭接边,仅这一项应用就减重约1.5kg。

  另外经对标测量计算(小日本保密意识太强,搞不到精准),雅阁车身用了将近45米长的结构胶,当然轻量化效果十分明显了,减重约9.5kg;

  本田RDX车身用了将近35m结构胶,同样达到了预期的轻量化效果,实现减重9.5kg左右;

  大量应用结构胶的好处不仅仅是实现轻量化,据测量,本田十代雅阁的焊点间距大大增加,减少了焊点的数量。经过试验对比,弯扭刚度的表现也堪称优秀。不敢说完全归功于结构胶的应用,但是经验告诉我,结构胶有很大的功劳。另外结构胶贡献的部分是NVH性能,异响、隔振、模态等都会得到很大改善。

  接下来看看蔚来ES8全铝车身的连接,这是蔚来用来闯入汽车大市场的第一款车,虽然白车身结构上的设计本人并不敢苟同,但连接点的设计还是可圈可点的,连接方式并没有奥迪A8玩的那么多、那么复杂,但是连接点的间距设计上还是下了很大功夫的,敢肯定的是蔚来充分平衡了成本和性能,在地板与门槛搭接区域,铆点间距达到了80mm以上,对于第一款车使用的很大胆,当然铝合金钣金之间也是有结构胶的,而在扭力盒区域,铆点间隙缺只有接近30mm,最大化保证了碰撞过程中焊点不开裂,保证车身的稳定性、安全性。当然焊点间隙设计上实现最大化另一个考虑是成本问题,按照目前了解到的铆点供应商报价,无论是SPR还是FDS,每个连接点的价钱都不容工程师和老板忽视(价格参照表往前翻,计算方法也往前翻)。

  2019年号称车市寒冬,销量下滑、利润下降,节约成本是每个主机厂面临的最严峻的问题,可能会从车身材料的应用上节省,可能会从供应商的选择上节省,我想说的是成本的计算是一点一点计算的,连接点的成本绝对不容忽视。

  连接点的设计不只是将车身上的各个零部件结合在一起,更多的是理论与实际的结合,这里需要工程师扎实的基本功,而不是对标“拿来主义”,哪里可以减少连接点却不会影响性能,哪里增加连接点反而会降低性能,例如文章开始提到的后围板焊点。所以连接点的设计是系统的,各种连接类型的灵活应用,间距设计的极限合理,才能推进车身材料的灵活应用,才能推进性能的提升、效率的提升和成本的降低。

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