第四節(jié) 車(chē)身制造技術(shù)的發(fā)展

一、車(chē)身新材料與新工藝的應(yīng)用

1.車(chē)身材料發(fā)展

為兼顧輕量化與碰撞安全性，普通鋼板和管材用量逐漸減少，而高強(qiáng)度鋼用量增加。同時(shí)，鋁合金和塑料及其復(fù)合材料的用量也增加較快，但價(jià)格較高制約其進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用。目前，車(chē)身中已采用的輕量化材料主要有高強(qiáng)度鋼、鋁合金、復(fù)合材料、塑料、鎂合金等。下面將對(duì)各種材料的優(yōu)缺點(diǎn)、力學(xué)性能、加工工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、經(jīng)濟(jì)性和輕量化效果進(jìn)行分析。表1-3列出了車(chē)身常用各種輕量化材料性能比較。由于數(shù)據(jù)來(lái)源不一，表中數(shù)據(jù)僅供參考。

車(chē)身外板材料的選擇主要考慮噴漆烘烤后具有高的屈服強(qiáng)度，能抵抗沖擊，同時(shí)具有耐腐蝕、抗老化特性，并在成形后有好的形狀凍結(jié)性。車(chē)身內(nèi)板由于形狀復(fù)雜，需要具有較好的拉延成形性以及與其他零件之間較好的連接特性。

（1）高強(qiáng)度鋼 高強(qiáng)度鋼是指屈服強(qiáng)度為210～550MPa的鋼，屈服強(qiáng)度超過(guò)550MPa的為超高強(qiáng)度鋼。國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)（IISI）《先進(jìn)高強(qiáng)度鋼應(yīng)用指南（第三版）》中將高強(qiáng)度鋼分為傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼（CHSS）和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS），傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼主要包括碳錳（C-Mn）鋼、烘烤硬化（BH）鋼、高強(qiáng)度無(wú)間隙原子（HSS-IF）鋼和高強(qiáng)度低合金（HSLA）鋼。AHSS主要包括雙相（DP）鋼、相變誘導(dǎo)塑性（TRIP）鋼、馬氏體（M）鋼、復(fù)相（CP）鋼、熱成形（HF）鋼和孿晶誘導(dǎo)塑性（TWIP）鋼。AHSS的強(qiáng)度較高，主要應(yīng)用于汽車(chē)結(jié)構(gòu)件、安全件和加強(qiáng)件，如A/B/C柱、車(chē)門(mén)檻、前后保險(xiǎn)杠、車(chē)門(mén)防撞梁、橫梁、縱梁、座椅滑軌等零件。先進(jìn)高強(qiáng)度鋼具有較低的屈強(qiáng)比、較高的應(yīng)變分布能力和較好的應(yīng)變硬化特性，且力學(xué)性能更加均勻、回彈量波動(dòng)小。同時(shí)，其碰撞吸能性較好，疲勞壽命也較高。

目前，鋼鐵材料在汽車(chē)車(chē)身上的使用仍保持相對(duì)穩(wěn)定的主導(dǎo)地位，但是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)已發(fā)生很大變化。主要變化趨勢(shì)是：高強(qiáng)度鋼的用量將有較大增長(zhǎng)，而中、低強(qiáng)度鋼的比例將會(huì)逐步下降。例如，北美開(kāi)發(fā)的PNGV-Class級(jí)轎車(chē)，其車(chē)身全部采用高強(qiáng)度鋼，質(zhì)量只有218kg，與全鋁車(chē)身相當(dāng)。

汽車(chē)使用的高強(qiáng)度鋼主要為板材與管材，車(chē)身上以板材為主。此外，采用液壓成形技術(shù)生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼構(gòu)件也越來(lái)越多，如發(fā)動(dòng)機(jī)托架、散熱器支架、儀表板橫梁、座椅骨架以及輕型車(chē)后橋殼和車(chē)架等。事實(shí)上，高強(qiáng)度鋼已成為頗具競(jìng)爭(zhēng)力的汽車(chē)輕量化材料，它在抗碰撞性能、耐蝕性能和成本方面較其他材料具有較大的優(yōu)勢(shì)。

（2）鋁合金

1）鋁合金的優(yōu)點(diǎn)：

①具有高的比強(qiáng)度。

②由于具有良好的塑性，可以采用沖壓的方法進(jìn)行加工，基本上不改變結(jié)構(gòu)就可以使用原來(lái)的鋼板沖壓件的模具，對(duì)現(xiàn)在生產(chǎn)中的車(chē)型可快速實(shí)現(xiàn)輕量化。

③可焊接，具有良好的耐蝕性，回收利用性好。

④彈性模量小，因而可以較好地吸收撞擊能量（吸收沖擊的能力是鋼的兩倍），有利于在發(fā)生事故時(shí)保證乘員的安全。

⑤密度小（約為鋼鐵的1/3），可使整車(chē)質(zhì)心降低，對(duì)提高汽車(chē)行駛穩(wěn)定性有利。同時(shí)，還可以帶來(lái)累進(jìn)效應(yīng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤(pán)都可以相應(yīng)減輕。

2）鋁合金的缺點(diǎn)：

①成形性還需繼續(xù)改善。鋁合金板材的局部拉延性不好，容易產(chǎn)生裂紋。如發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋內(nèi)板因?yàn)樾螤畋容^復(fù)雜，為了提高其拉延變形性能采用高級(jí)鋁合金，伸長(zhǎng)率已超過(guò)30%，但仍比鋼差，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能地保證形狀不突變，使材料容易流動(dòng)以避免拉裂。

②尺寸精度不容易掌握，回彈難以控制，在形狀設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能采用回彈少的形狀。

③因?yàn)殇X的硬度比鋼小，在生產(chǎn)和運(yùn)輸中的碰撞和各種粉塵附著等易使零件表面產(chǎn)生碰傷、劃傷等缺陷，所以要對(duì)模具的清潔、設(shè)備的清潔、環(huán)境的粉塵、空氣污染等方面采取措施，確保零件的完好。

④不能像鋼板那樣采用磁力搬運(yùn)和傳遞，要設(shè)計(jì)新的方案。

（3）鎂合金

1）鎂合金的優(yōu)點(diǎn)：

①密度小（約為鋼的1/4，鋁的2/3），比強(qiáng)度（強(qiáng)度與密度的比值）高。

②具有良好的壓鑄經(jīng)濟(jì)性、尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械加工性能，其板材的抗凹性也較強(qiáng)。

③鎂是地球表面含量豐富的金屬元素。

④吸振性好，受沖擊載荷時(shí)吸能性也較好。

2）鎂合金的缺點(diǎn)：

①抗鹽水腐蝕性差，與鋼接觸易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

②疲勞強(qiáng)度比鋁合金和鋼差，鑄造的綜合成本比鋁合金高。

③焊接性差，硬度低。

近年來(lái)鎂在汽車(chē)中的應(yīng)用一直以較快的速度增長(zhǎng)，盡管目前全球每輛汽車(chē)鎂合金的平均用量仍不高，但是汽車(chē)用鎂正以年均約20%的速度迅速增長(zhǎng)，汽車(chē)上使用的鎂壓鑄件對(duì)減小質(zhì)量和提高性能十分有利，鎂合金已成為汽車(chē)材料技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。圖1-25所示為用鎂合金制造的汽車(chē)零件。

（4）塑料及復(fù)合材料件設(shè)計(jì) 塑料由于質(zhì)量小、抗疲勞、易成型，在汽車(chē)內(nèi)飾中有廣泛應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是可將復(fù)雜零件做成一體，質(zhì)感好。但缺點(diǎn)是易老化、難回收。

車(chē)身塑料主要采用注塑成型。其過(guò)程為：顆粒狀的高分子材料（塑料）經(jīng)過(guò)注塑機(jī)螺桿的擠壓和加熱，成為熔融狀態(tài)的、可以流動(dòng)的熔體。在螺桿的推動(dòng)下，塑料熔體通過(guò)注塑機(jī)噴嘴，模具的主流道、分流道和澆口進(jìn)入模具型腔，成型出具有一定形狀和尺寸的制品。

目前注塑成型法已在整個(gè)儀表板、油箱、保險(xiǎn)杠、輪罩內(nèi)襯、車(chē)頂、車(chē)門(mén)、轉(zhuǎn)向盤(pán)、行李艙蓋等零件制造中得到應(yīng)用。

為進(jìn)一步提高塑料的力學(xué)性能，以塑料為基體的復(fù)合材料逐漸得到更多的應(yīng)用。

復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的組分材料，通過(guò)復(fù)合工藝，在宏觀上組成具有新性能的多相材料。其中有一相是連續(xù)的，稱(chēng)為基體相，另一相為分散的，被基體包容，稱(chēng)為增強(qiáng)相，它們之間的交界面稱(chēng)為界面相。由于復(fù)合過(guò)程的物理或化學(xué)變化，各組分材料通過(guò)彼此在性能上取長(zhǎng)補(bǔ)短，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。

復(fù)合材料的特點(diǎn)：

1）輕質(zhì)高強(qiáng)。普通碳鋼的密度為7.8g/cm3，玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的密度為1.5～2.0g/cm3，只有普通碳鋼的1/5～1/4，比鋁合金的密度還要小，而機(jī)械強(qiáng)度卻超過(guò)普通碳鋼。若按比強(qiáng)度計(jì)算，玻璃纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料不僅大大超過(guò)碳鋼，而且可超過(guò)某些特殊的合金鋼。碳纖維復(fù)合材料、有機(jī)纖維復(fù)合材料具有比玻璃纖維復(fù)合材料更低的密度和更高的強(qiáng)度，因此具有更高的比強(qiáng)度。

2）耐撞擊，斷裂韌度高。玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的抗撞擊斷裂能力是鋼的5倍以上。復(fù)合材料的抗撞擊斷裂能力要比一般的金屬材料強(qiáng)得多。

3）減振、隔聲性能好。復(fù)合材料高的自振頻率避免了結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)下因共振而引起的早期破壞。同時(shí)，復(fù)合材料中的纖維與黏彈性聚合物基體界面具有吸振能力，因此其振動(dòng)阻尼很高。對(duì)相同形狀和尺寸的梁進(jìn)行的試驗(yàn)可知，鋁合金梁需9s才能停止振動(dòng)，而碳纖維復(fù)合材料梁只需2.5s就能停止振動(dòng)。此外，復(fù)合材料的抗聲振特性也是很好的。用復(fù)合材料制成的汽車(chē)車(chē)身，具有良好的減振、隔聲效果，從而改善了乘坐舒適性。

4）設(shè)計(jì)性好。復(fù)合材料可以根據(jù)不同的用途要求，靈活地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，具有很好的設(shè)計(jì)性。對(duì)于結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)受力情況合理布置增強(qiáng)材料，以達(dá)到節(jié)約材料、減小質(zhì)量的目的。對(duì)于有耐腐蝕性能要求的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)時(shí)可以選用耐腐蝕性能好的基體樹(shù)脂和增強(qiáng)材料，對(duì)于其他一些性能要求，如介電性能、耐熱性能等，都可以方便地通過(guò)選擇合適的原材料來(lái)滿足。復(fù)合材料良好的設(shè)計(jì)性還可以最大限度地克服其彈性模量、層間剪切強(qiáng)度低等缺點(diǎn)。

5）電性能好。復(fù)合材料具有優(yōu)良的電性能，通過(guò)選擇不同的樹(shù)脂基體、增強(qiáng)材料和輔助材料，可以將其制成絕緣材料或?qū)щ姴牧稀?/p>

6）耐腐蝕性能好。聚合物基復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐酸性能、耐海水性能，也能耐堿、鹽和有機(jī)溶劑，因此，它是一種優(yōu)良的耐腐蝕材料，用其制造的化工管道、儲(chǔ)罐、塔器等具有較長(zhǎng)的使用壽命和極低的維修費(fèi)用。玻璃纖維增強(qiáng)的聚酯基復(fù)合材料的耐腐蝕性能比金屬材料好很多，這就從根本上解決了作為汽車(chē)車(chē)身覆蓋件材料的耐腐蝕問(wèn)題。

7）熱性能好。玻璃纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，只有金屬的1/1000～1/100，是一種優(yōu)良的絕熱材料。選擇適當(dāng)?shù)幕w材料和增強(qiáng)材料可以制成耐燒蝕材料和熱防護(hù)材料。汽車(chē)車(chē)身外板覆蓋件采用玻璃纖維增強(qiáng)的SMC材料，使用溫度可以達(dá)到200℃，并可在較寬的溫度范圍內(nèi)保持尺寸的穩(wěn)定和原有的外形。

8）工藝性能優(yōu)良。纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料具有優(yōu)良的工藝性能，可以通過(guò)纏繞成形、接觸成形等復(fù)合材料特有的工藝方法生產(chǎn)制品。它能滿足各種類(lèi)型制品的制造需要，特別適合于大型、形狀復(fù)雜、數(shù)量少制品的制造。能用模具制造的復(fù)合材料構(gòu)件，可一次成形，從而減少了零部件、緊固件和接頭的數(shù)目，并可節(jié)省原材料和工時(shí)。

9）老化現(xiàn)象。在自然條件下，由于紫外線、濕熱、機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)腐蝕的作用，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的性能變差，即發(fā)生所謂的老化現(xiàn)象。復(fù)合材料在使用過(guò)程中發(fā)生老化現(xiàn)象的程度與其組成、結(jié)構(gòu)和所處的環(huán)境有關(guān)。

目前塑料及其復(fù)合材料主要應(yīng)用于車(chē)身、儀表板、前后保險(xiǎn)杠、頂篷、座椅、車(chē)輪罩以及油箱、散熱器冷卻液室等部件。熱固性復(fù)合材料在車(chē)頂、行李艙蓋、翼子板、車(chē)身外覆蓋件上有一些應(yīng)用；熱塑性復(fù)合材料在吸能保險(xiǎn)杠、前端框架、儀表板骨架、備胎室、車(chē)門(mén)骨架、車(chē)身底部護(hù)板有應(yīng)用。此外，GMT材料也有很多應(yīng)用。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是制造汽車(chē)覆蓋件的非金屬材料，在減小車(chē)身質(zhì)量的同時(shí)，也能保持防撞性能。目前，寶馬（BMW）公司已在其開(kāi)發(fā)的Z-9、Z-22車(chē)中大量采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料車(chē)身結(jié)構(gòu)件，2003年M3系列車(chē)型上的頂蓋和車(chē)身結(jié)構(gòu)部件采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。大眾汽車(chē)公司在“2L車(chē)”CC1研究項(xiàng)目中，應(yīng)用了較多的碳纖維復(fù)合材料，其中用于車(chē)身的比例高達(dá)45%。由于目前碳纖維的價(jià)格偏高，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料車(chē)身僅僅是在高檔車(chē)型或小批量車(chē)型上得到實(shí)際應(yīng)用，今后隨著大絲束碳纖維價(jià)格的進(jìn)一步下降，預(yù)計(jì)將應(yīng)用于更多的車(chē)型。可以說(shuō)，未來(lái)潛在市場(chǎng)前景巨大。

2.車(chē)身成形與連接工藝發(fā)展

（1）液壓成形和內(nèi)高壓成形 液壓成形是一種板料柔性成形技術(shù)。它采用液態(tài)的水、油或黏性物質(zhì)作為傳力介質(zhì)，代替凹模和凸模，使坯料在傳力介質(zhì)的壓力作用下，貼合凸模或凹模而成形，是用于形狀復(fù)雜、強(qiáng)度高、成形性能差的材料的理想成形方法。液壓成形已用于鋼板和鋁合金板成形。

內(nèi)高壓成形（Tube Hydro-Forming，THF）是在鋼管內(nèi)增加軸向力和內(nèi)壓力制造空心閉合截面結(jié)構(gòu)部件的技術(shù)，適合于用碳鋼、特殊鋼、不銹鋼、鋁合金、銅合金等材料制造的幾何形狀復(fù)雜的空心件（如變徑管、空心變截面梁）。其原理是：先將管材置于一定形狀的模具中，在管件內(nèi)部加入高壓流體（目前主要以水為主），輔以軸向施加壓力補(bǔ)償，把管料壓入模具腔體內(nèi)成形。其成形所需的液壓力一般約200MPa，特殊狀況下甚至高達(dá)400MPa。其成形原理及成形后的零件形狀如圖1-26所示。內(nèi)高壓成形已在汽車(chē)A柱、B柱、儀表板橫梁、車(chē)頂梁、側(cè)門(mén)橫梁、車(chē)架、散熱器托架和發(fā)動(dòng)機(jī)托架零件上應(yīng)用。

內(nèi)高壓成形技術(shù)和傳統(tǒng)的金屬板沖壓點(diǎn)焊成形相比具有如下特點(diǎn)：

1）一次成形，避免了連接。汽車(chē)上使用管件液壓成形的空心結(jié)構(gòu)件可使質(zhì)量減小20%～30%。

2）減少半成品零件數(shù)量。在成形過(guò)程中可一次加工出如發(fā)動(dòng)機(jī)托架、頂蓋板架、門(mén)框等大型復(fù)雜形狀工件。與沖壓焊接件相比，副車(chē)架零件由6個(gè)減少到1個(gè)；散熱器支架零件由17個(gè)減少到10個(gè)。

3）降低模具費(fèi)用。僅需要一套模具，而沖壓后再焊接則需要多套沖壓模具。

4）減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝焊接量。以散熱器支架為例，焊接點(diǎn)由174個(gè)減少到20個(gè)，制造道次由13道減少到6道，生產(chǎn)效率提高66%。

5）提高強(qiáng)度、剛度及疲勞特性。成形過(guò)程中液體具有冷卻作用，使工件被“冷作強(qiáng)化”，獲得比一般沖壓加工更高的工件強(qiáng)度。

6）降低生產(chǎn)成本。某公司對(duì)已應(yīng)用的產(chǎn)品進(jìn)行分析，管件液壓成形件比沖壓焊接件成本平均降低15%～20%，模具費(fèi)用降低20%～30%。

7）創(chuàng)新性。應(yīng)用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

（2）激光拼焊板 拼焊板技術(shù)主要用于汽車(chē)工業(yè)，近幾年發(fā)展很快。拼焊板技術(shù)原來(lái)是為解決板材寬度不足的問(wèn)題的，目前則大量用于將不同強(qiáng)度和不同厚度或不同表面處理狀態(tài)的零件毛坯通過(guò)激光焊連成一體，然后一次沖壓成形，減小了模具數(shù)量和后續(xù)工序數(shù)，提高了效率，保證了零件生產(chǎn)和裝配質(zhì)量，減少了材料消耗，減小了質(zhì)量，也有利于今后的回收。例如，一輛汽車(chē)采用拼焊板后零件的質(zhì)量可降低24%，零件數(shù)減少19%，焊點(diǎn)數(shù)減少49%，生產(chǎn)時(shí)間降低21%。

拼焊板技術(shù)是目前滿足車(chē)身零部件各部位功能要求、材料選擇、板材尺寸、焊縫位置、成本、質(zhì)量、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的綜合優(yōu)化的有效工藝技術(shù)。拼焊板的焊接方法有激光焊、電阻輥壓焊、感應(yīng)焊和電子束焊等。激光拼焊是目前較受歡迎的一種。它利用激光的高能量熔化鋼板，達(dá)到焊接的目的，具有疲勞強(qiáng)度高、焊縫硬度增加、影響范圍小、焊縫窄、表面平、接頭塑性好、焊接時(shí)間短、成本稍低等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備投資較高。

目前，大部分車(chē)門(mén)內(nèi)板都應(yīng)用了激光拼焊技術(shù)，如圖1-27所示。其關(guān)鍵技術(shù)包括板材厚度和材料品種的選擇、焊縫位置的確定、沖壓成形工藝成敗的分析等。

圖1-28所示為激光拼焊板與基板成形極限圖，圖中數(shù)據(jù)分別為鋼板厚度與屈服強(qiáng)度。

可見(jiàn)，由于焊縫的存在，材料變形受到牽制，主應(yīng)變明顯降低。對(duì)于平面應(yīng)變狀態(tài)極限點(diǎn)，基板的主應(yīng)變達(dá)44%，而拼焊板只有30%，說(shuō)明焊縫處的成形性較母材降低，因此，焊縫位置應(yīng)避開(kāi)幾何突變處以防主應(yīng)變過(guò)大。從安全區(qū)的變形余裕度看，最大應(yīng)變?yōu)?4%，距離30%尚有16%的安全余裕度。

此外，變厚度板材軋制技術(shù)可有效避免不同厚度板材焊縫偏移及開(kāi)裂問(wèn)題。若將拼焊板或變厚度板用于熱沖壓成形還可進(jìn)一步提高其成形性和沖擊強(qiáng)度，可用于汽車(chē)A/B柱及防撞梁。

（3）托克斯（TOX）連接

托克斯連接是可塑性薄板的不可拆卸式?jīng)_壓點(diǎn)連接技術(shù)。采用托克斯氣液增力缸式?jīng)_壓設(shè)備及托克斯標(biāo)準(zhǔn)連接模具，在一個(gè)氣液增力的沖壓過(guò)程中，依據(jù)板件本身材料的擠壓塑性變形，而使兩個(gè)板件在擠壓處形成一個(gè)互相鑲嵌的圓形連接點(diǎn)，由此將板件點(diǎn)連接起來(lái)（圖1-29），該工藝與點(diǎn)焊及鉚接工藝在性能、費(fèi)用、工藝過(guò)程等方面的對(duì)比見(jiàn)表1-4。

二、車(chē)身生產(chǎn)自動(dòng)化與柔性制造技術(shù)的應(yīng)用

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，車(chē)身制造技術(shù)也進(jìn)入了快速發(fā)展階段。汽車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)需求的個(gè)性化和多樣化，使汽車(chē)制造過(guò)程從傳統(tǒng)的單一品種、大批量生產(chǎn)向多品種、中小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。生產(chǎn)的批量性特點(diǎn)趨于復(fù)雜，安裝零件的品種、數(shù)量進(jìn)一步增多，對(duì)零部件的接收、保管、供給、裝配作業(yè)指導(dǎo)等都提出了新的要求。

1.機(jī)器人技術(shù)

隨著機(jī)器人的功能和控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人被廣泛地應(yīng)用到了各汽車(chē)公司的生產(chǎn)線上。機(jī)器人的使用，不僅減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使裝配廠里的人數(shù)大大減少，還可以減少故障和事故的發(fā)生，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。如英國(guó)羅孚集團(tuán)的裝配廠使用的風(fēng)窗玻璃安裝系統(tǒng)，裝備了帶有激光器的機(jī)器人、攝像機(jī)和電子計(jì)算機(jī)。首先，攝像機(jī)確定車(chē)身位置，然后按照控制器的指令，兩臺(tái)機(jī)器人舉起準(zhǔn)備好的風(fēng)窗玻璃送到檢查工位，檢查工位上配備的視覺(jué)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)檢查風(fēng)窗玻璃的形狀和尺寸，在風(fēng)窗玻璃與所要求的參數(shù)相適應(yīng)時(shí)，機(jī)器人即可將風(fēng)窗玻璃安裝到窗框中。國(guó)內(nèi)的一些汽車(chē)公司也將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到了汽車(chē)車(chē)身制造和裝配線上，圖1-30所示為車(chē)身沖壓自動(dòng)化線，圖1-31所示為車(chē)身焊接自動(dòng)化線，圖1-32所示為汽車(chē)裝配機(jī)器人。

2.柔性生產(chǎn)裝配線

柔性生產(chǎn)裝配線是指能夠同時(shí)滿足一個(gè)或多個(gè)系列汽車(chē)產(chǎn)品生產(chǎn)要求，可以靈活改變夾具及運(yùn)行方式，以適應(yīng)無(wú)法預(yù)知的產(chǎn)品更新變化后的同類(lèi)汽車(chē)產(chǎn)品裝配需要的生產(chǎn)線。因此，企業(yè)要利用一次改造在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)滿足日益變化的多種車(chē)型混線生產(chǎn)的要求，同時(shí)又具有高的生產(chǎn)率，唯一的途徑就是采用可以滿足大量生產(chǎn)要求的柔性裝配線。圖1-33所示為德國(guó)寶馬汽車(chē)公司的柔性裝配線。柔性裝配線不僅能滿足和適應(yīng)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品迅速變化的要求，還可以節(jié)省人力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。柔性裝配線具有以下特點(diǎn)：

1）靈活的運(yùn)行速度，可以適應(yīng)不同生產(chǎn)節(jié)拍要求。

2）積放功能，使裝配工時(shí)具有彈性。

3）被輸送的產(chǎn)品能在任意位置停止，以滿足不同產(chǎn)品、不同裝配內(nèi)容的不同操作要求，并便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配。

4）具有可編程操作控制系統(tǒng)。

5）夾具具有靈活的裝夾方式和支撐方式，能適應(yīng)多品種的裝配要求。

在汽車(chē)裝配生產(chǎn)中，柔性裝配輸送線的主要形式有積放式懸掛輸送機(jī)、自動(dòng)葫蘆輸送機(jī)和滑撬式輸送系統(tǒng)。

3.模塊化裝配

模塊化裝配不僅可以大大減少總裝線上的裝配時(shí)間、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的可靠性，而且便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配，圖1-34所示為模塊化裝配線。德?tīng)柛９臼悄K化供應(yīng)的倡導(dǎo)者和領(lǐng)先者，德?tīng)柛９臼紫忍岢隽四K化的新概念，并率先向奔馳公司在美國(guó)生產(chǎn)的M級(jí)車(chē)供應(yīng)前座艙模塊。模塊化裝配結(jié)構(gòu)一般包括：

1）車(chē)門(mén)模塊。在車(chē)門(mén)分裝線上，以?xún)?nèi)板為中心將門(mén)鎖、玻璃、玻璃升降器及密封護(hù)板等用螺栓安裝于其中部，再將其與車(chē)門(mén)外把手、車(chē)門(mén)鉸鏈、密封條及玻璃滑軌安裝在一起，形成車(chē)門(mén)模塊，然后再將其裝到車(chē)身上。

2）儀表板模塊。在模塊骨架上安裝儀表板、空調(diào)、離合器踏板、制動(dòng)踏板及轉(zhuǎn)向柱等，分裝好后檢查儀表和開(kāi)關(guān)的技術(shù)性能，然后裝到車(chē)身內(nèi)。

3）底盤(pán)部件模塊。將分裝好的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器總成、前懸架總成、后懸架總成、傳動(dòng)軸、排氣管、油箱等底盤(pán)部件在線下合裝好后，再裝入車(chē)身。

4）車(chē)頭模塊。指安裝于車(chē)身前端覆蓋件上的前照燈、防霧燈、喇叭、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋鎖和散熱器罩等。

三、車(chē)身尺寸精度與質(zhì)量控制技術(shù)

車(chē)身精度主要是指車(chē)身零件的尺寸精度、幾何精度和裝配精度。也就是說(shuō)，除了零件的外形精度要求外，還須有安裝硬點(diǎn)的裝配尺寸精度要求。尤其是作為裝配基礎(chǔ)的部件，如地板總成、門(mén)內(nèi)板分總成等，是車(chē)身其他部件或總成的裝配基礎(chǔ)。裝配尺寸精度是由裝配夾具來(lái)保證的，必須嚴(yán)格控制裝配夾具的尺寸精度，這樣才能保證車(chē)身總裝后的尺寸精度，如門(mén)與門(mén)框的配合間隙、車(chē)身表面零件接縫處的齊平度等。所有零件的設(shè)計(jì)公差和裝配調(diào)整公差都要制定得合理。有關(guān)車(chē)身工藝分塊、產(chǎn)品定位參考點(diǎn)（主控制點(diǎn)）的逐級(jí)設(shè)計(jì)及車(chē)身制造精度分解體系等技術(shù)方法的掌握都至關(guān)重要。每個(gè)零件的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)和裝配都要努力做到在統(tǒng)一的定位參考系統(tǒng)下進(jìn)行，這樣才能夠保證車(chē)身的整體精度。可見(jiàn)，提高車(chē)身產(chǎn)品尺寸精度必須從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)始，并貫穿于整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程。圖1-35所示為國(guó)內(nèi)某整車(chē)生產(chǎn)廠的車(chē)身制造激光在線測(cè)量系統(tǒng)，采用機(jī)器人式在線檢測(cè)裝置對(duì)焊接車(chē)身部件進(jìn)行100%非接觸式激光測(cè)量，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的工藝狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的過(guò)程控制。

1.車(chē)身制造“2mm工程”

（1）概述 車(chē)身工程是個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從設(shè)計(jì)到制造的每個(gè)階段都影響車(chē)身的綜合尺寸精度。例如，車(chē)身設(shè)計(jì)的尺寸偏差，沖壓工藝參數(shù)、模具磨損、回彈等形成的沖壓件尺寸偏差，裝配夾具定位、夾緊元件磨損或夾具設(shè)計(jì)不合理形成的裝配件尺寸偏差，焊接規(guī)范不合理或材料性能問(wèn)題帶來(lái)的焊接變形等，都會(huì)影響車(chē)身的綜合尺寸精度。

為滿足大量生產(chǎn)時(shí)零部件的互換性并滿足客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的要求，車(chē)身產(chǎn)品尺寸精度問(wèn)題一直困擾汽車(chē)行業(yè)。尤其是在當(dāng)今結(jié)構(gòu)輕量化的要求下，為了減小質(zhì)量，略有超載或制造偏差時(shí)，就可能喪失功能，失去安全性和耐久性。例如，車(chē)門(mén)與門(mén)框的配合偏差直接影響車(chē)門(mén)的關(guān)閉性能和密封性，引發(fā)風(fēng)噪聲，影響外觀，進(jìn)而影響產(chǎn)品價(jià)值，失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。20世紀(jì)80年代末，美國(guó)轎車(chē)車(chē)身的綜合尺寸偏差為7～8mm，明顯低于日本的2mm水平，因此失掉了近30%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額。在這種情況下，20世紀(jì)90年代初，美國(guó)開(kāi)展了車(chē)身制造“2mm工程”研究，在短短三年內(nèi)就使車(chē)身制造水平趕上了世界先進(jìn)水平，制造偏差縮減到2mm，迅速奪回了市場(chǎng)份額。

汽車(chē)產(chǎn)品“2mm工程”就是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品采用車(chē)身制造綜合誤差指數(shù)，即六倍標(biāo)準(zhǔn)差“6σ”來(lái)控制車(chē)身制造質(zhì)量，從而用最經(jīng)濟(jì)的制造成本提高汽車(chē)產(chǎn)品的整體質(zhì)量。這個(gè)綜合誤差指數(shù)不是車(chē)身制造質(zhì)量測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)際偏差，而是車(chē)身制造尺寸穩(wěn)定性指標(biāo)系統(tǒng)分析后的綜合評(píng)價(jià)。目前，國(guó)外汽車(chē)企業(yè)不但在整車(chē)制造上應(yīng)用“2mm工程”的原理，而且在零部件制造上也應(yīng)用“2mm工程”的原理。可以說(shuō)該工程是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)技術(shù)水平的綜合反映。

“2mm工程”的本質(zhì)是建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的制造質(zhì)量控制體系，通過(guò)對(duì)制造數(shù)據(jù)建模分析來(lái)識(shí)別車(chē)身制造尺寸偏差源，保證車(chē)身制造工藝的穩(wěn)定性，最終提高整車(chē)的配合精度。其核心是采用先進(jìn)的車(chē)身測(cè)量技術(shù)，建立從沖壓工藝、加工裝備到裝配過(guò)程協(xié)調(diào)一致、高效的測(cè)量系統(tǒng)，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析和積累，將人為的經(jīng)驗(yàn)管理上升到科學(xué)管理。

（2）“6σ”質(zhì)量工程 在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coordinator Measuring Machine，CMM）坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)中，一批白車(chē)身上，同樣的一個(gè)尺寸檢測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)可被認(rèn)為是一個(gè)隨機(jī)變量，并且大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論分析表明，測(cè)量偏差服從正態(tài)分布。若隨機(jī)變量x服從正態(tài)分布，則x的概率密度為：

式中 μ——均值，；

σ——標(biāo)準(zhǔn)差。

f（x）曲線（圖1-36）有如下特點(diǎn)：

1）曲線對(duì)稱(chēng)于x=μ。

2） f（x）最大值在x=μ處，為。

3）在（-∞，μ）內(nèi)單調(diào)遞增，在（μ，+∞）內(nèi)單調(diào)遞減。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，分別在μ附近σ、2σ、3σ范圍內(nèi)對(duì)f（x）積分，有下面的等式：

式（1-3）表明，在正態(tài)分布下，幾乎所有的點(diǎn)都落在6σ的范圍內(nèi)。

因此，如果產(chǎn)品某檢測(cè)點(diǎn)名義尺寸為x0（=μ），按正態(tài)分布的原則，其公差可取為±3σ，如圖1-37所示，分等級(jí)如下：

1）|x-x0|≤Δx/3為A級(jí)精度，約占68.3%（優(yōu)）。

2）Δx/3<|x-x0|≤2Δx/3為B級(jí)精度，約占27.2%（良）。

3）2Δx/3<|x-x0|≤Δx為C級(jí)精度，約占4.2%（合格）。

4）|x-x0|>Δx為D級(jí)精度，約占0.3%（不合格）。

可見(jiàn)，σ是衡量測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定性或重復(fù)性的重要參數(shù)。“2mm工程”的實(shí)質(zhì)就是控制6σ≤2mm。

2.車(chē)身產(chǎn)品尺寸管理

為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，各大汽車(chē)公司都設(shè)有尺寸管理部門(mén)，其主要任務(wù)是將客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求轉(zhuǎn)變?yōu)槌叽缒繕?biāo)，包括總體尺寸和精度（Global Dimensioning and Tolerance，GD&T），將精度目標(biāo)分派到各級(jí)，制訂定位參考策略并進(jìn)行精度優(yōu)化等。

車(chē)身制造精度問(wèn)題從產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)階段就要考慮。從設(shè)計(jì)到制造的每個(gè)工藝過(guò)程，都要圍繞總目標(biāo)（例如“2mm工程”）加以落實(shí)，才能保證車(chē)身的總體裝配精度。這就要求設(shè)計(jì)部門(mén)、生產(chǎn)部門(mén)和質(zhì)量檢驗(yàn)部門(mén)協(xié)同起來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品尺寸管理，共同開(kāi)發(fā)創(chuàng)建產(chǎn)品的質(zhì)量體系。