摘 要：介绍汽车白车身制造中的切割工艺应用，从产品设计及车身制造工艺两个方面分析车身车间采用切割工艺的原因驱动，探讨了白车身制造中实施车身切割工艺的设备类型及应用方案，为白车身切割工艺方案的深入研究和应用提供参考。

关键词：白车身;切割工艺;柔性

中图分类号：U463.8  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2019）04-133-04

引言

随着轿车市场需求的多样化，整车企业不断通过丰富车型种类来提升市场竞争力。同时也不断提升整车的连接质量、匹配质量，控制制造成本以取得质优价优的竞争优势。在白车身制造过程中，除了焊接、胶接、折边等常规工艺外，车身切割工艺也逐步应用。本文通过介绍汽车车身制造中的切割工艺应用，从产品设计及车身制造工艺两个方面分析车身车间采用切割工艺的原因驱动，探讨了白车身制造中实施车身切割工艺的设备类型及应用方案，为整车开发同步工程及为白车身切割工艺方案的深入研究应用提供参考。

1 白车身切割工艺

汽车白车身是指尚未进行喷漆的汽车车身，一般主要包括底板、左侧围、右侧围、车顶、后围板、四门及前后盖等车身部装件。白车身制造过程一般是通过定位工装将需要拼合的零件进行定位夹紧后，综合运用电阻点焊、涂胶连接、螺栓连接、冲压铆接、折边等工艺将冲压单板零件及进厂级分总成零件在车身车间连接成包含四门两盖的白车身总成。而在特殊情况下，也会存在侧围分拼或白车身制造主线上将冲压过程余料或总成上未割孔零件，在车身车间进行过程余料去除或割孔的工艺，如图1所示。白车身切割工艺是指通过专用设备将成形零件的边缘修切整齐，或切成所需形状，或割出制造过程用孔等去除金属的工艺，从而解决产品设计及冲压零件搬运的制造问题，并满足整车造型及匹配质量等要求。

2 车身切割工艺实施驱动

2.1 产品造型设计

产品工程在产品设计过程中，造型设计直接影响白车身外覆盖零件状态，如白车身的侧围外板零件。一般情况下，外覆盖件在完成冲压后，由机器人带机械手从模具中将冲压零件取出，并搬运放置到零件传输皮带，由传输皮带输送至人工下料工位。在机械手放零件及皮带传输运送零件的过程中，零件板金需要一定的刚度以确保零件在跌落及传输过程中不产生塑性變形。当车型造型设计的外覆盖件较为平坦时，单件可能存在刚度问题，为保证零件制造运输过程中的刚度，一般需要在冲压零件易变形区域增加加强撑脚或板金连接余料，作为冲压工艺加强的过程余料，从而保证在冲压下料过程中零件不发生变形，而该余料需要在车身车间进行切割，以符合产品最终设计要求。因此在前期产品同步工程过程中，冲压工艺需评估造型设计的合理性和可制造性，综合考虑造型及制造问题确认是否需要增加切割工艺。

另外，产品工程在进行特别车型设计或为满足某些功能要求时，也会出现局部零件宽度较小的设计，如滑移门车型C柱宽度优化设计以保证中导轨支架安装功能和滑门进出空间需求;前门门框宽度设计截面优化设计以获得更好的A柱视野，从而使侧围外板零件在C柱或A柱处局部板金设计宽度较小，在白车身总成上强度刚度虽然符合要求，但冲压单件上可能需要设计过程加强工艺余料，以确保冲压单件的刚度。因此这种工艺过程余料需要在车身车间完成分总成焊接，满足足够刚度后再进行切割，以满足整车造型及功能的要求。

2.2 车身制造工艺

在车身制造过程中，为提高车身匹配质量，减少操作工调整工艺，车身工艺在规划过程中也会驱动将部分表调工装用定位孔及后举门安装孔在车身车间进行切割，即结合Vision系统在主线上进行割孔工艺。如车身车间表调线工装定位孔由供应商来料自带改在车身车间主线完成割孔，可以实时地根据每辆车实际尺寸位移偏差值进行测量计算，由专门的机器人带割孔设备进行割孔，以缩短表调安装工艺的尺寸链，提高整车匹配质量。另外，白车身传统的后举门安装方法一般是人工使用定位工装来实现，存在匹配精度不稳定、人工反复调整导致操作工时上升等问题，为了根本性地解决此类问题，降低运营操作工数量，也可根据每辆车实际尺寸位移偏差值，在车顶后横梁零件上冲出后举门对应的安装净孔，使得生产操作人员能不用工装直接把后举门安装到白车身上，减少生产操作人员反复调整的非增值工作。车身工艺驱动的割孔需求可以通过对产品的制造需求输入给产品工程，定义所割孔的尺寸，以保证设备的共用性，减少多种孔径种类带来的设备投资增加[1]。

3 切割设备及应用

钢板切割是常见于机械加工和模具制造等行业的工业生产工艺，常规工业上的钢板切割有火焰切割，水刀切割等，其中机械切割或激光切割无需动火，设备简单一般在整车的车身车间应用。

3.1 切割专机

针对产品造型设计原因驱动的冲压工艺过程余料，由于切边位置随车型造型原因无法做到统一，因此切割设备只能在单一车型零件上专门使用，该切边设备由切边机底座、上模、下模、压力驱动系统组成，同时设计余料导槽，确保从零件上切下的废料可以从切边机中滑出。在工装设计上优先考虑将切割设备集成在焊接工装上，完成零件上料之后对零件进行定位夹紧，再进行焊接和切割操作。切边专机应用可不占用额外场地面积，无需机器人抓手等设备进行取放料操作，可以降低制造成本，但需要对工位的操作节拍进行分析，在满足操作节拍的情况下采用集成式切割工艺。

若因工装空间受限或因焊枪进枪干涉等问题无法将切边设备集成在工装上时，一般工艺排布时考虑在零件进行焊接工艺操作后，再由机器人通过抓手抓取分总成零件，然后移动至独立切边机上进行切割操作，如图6和图7所示。切割专机一般用于整车生产线的分拼工位，需要增加额外的场地放置切割专机，同时增加了机器人专用抓手等装置，且专供单一车型使用，制造成本较高，柔性比较差。

3.2 机械冲孔

白车身制造过程中，机械冲孔设备用于零件工装定位孔及零件安装孔的切割。利用机器人Vision视觉引导系统测量白车身实际尺寸后，通过系统迭代计算后确认所需冲孔的精确位置，再将位置信息传递给机器人，由机器人抓取冲孔枪设备在零件上进行冲孔操作。冲枪设备通常为C型枪结构，如图8所示，利用气液增压装置产生的冲程力，将两层或多层板材穿透[2，3]，被冲下的板材废料通过冲孔的废料收集装置收集，规避了板件在被冲的过程中废料直接掉落在白车身里的风险。冲孔枪上模具型号的选择和材料属性有较大关系，因此在模具选型时必须使用和实际零件材料完全一致的板材进行试验，包括板材供应商、板材型号、厚度均需与实物零件一致，否则选择的模具无法与实物零件匹配[4]。这种冲孔设备可以集成在整车的尺寸测量或白车身的后轮罩滚边工位，工艺布局图如图9所示。不同车型冲孔尺寸相同时，可根据不同车型孔的位置调整机器人冲孔轨迹程序实现设备共用，有一定的柔性，同时应用机械冲孔设备无需构建专用遮光房体，但冲孔枪体本身比较重，一般选用大型机器人抓取，相对于激光割孔而言冲孔精度较低。

3.3 激光切割

激光切割是一种利用激光光束聚焦产生的能量来实现切割的工艺[5]。柔性激光在线切割系统包括机器人带激光头如图10所示，激光发生设备及水冷系统，通过视觉系统引导激光切割，可以实现不同车型不同形状的板金切割。车身车间的激光切割系统可以排布在白车身制造的主线单独工位如图11所示，包含4台vision测量机器人分别测量白车身前部和后部的尺寸，2台激光切割机器人，用于白车身前部和后部的割孔需求。优化的激光切割机器人布置位置可满足白车身前后测割孔要求，为白车身水箱上横梁和后举门切孔及侧围切割预留空间。三维激光切割技术可以取代冲孔设备和切边设备，不仅减少了切割专机的数量，节省设备采购成本。同时机器人带激光头切割比冲孔枪及切割专机设备的柔性高，可以针对不同车型不同位置不同切割轨迹进行切割操作，且在新車型引入生产线时，对现有生产线的改动较小，无需新增设备。激光切割也有一定的局限性，即切割对象需是单层板，且因为没有机械结构引导落料，零件切割位置需要满足落料要求，另外，零件切割处垂直方向无零件遮挡以满足激光切割的进枪空间，同时，需要构建激光房房体，形成安全防护，一次性投资较高。

4 结语

本文介绍了切割工艺在汽车白车身制造中应用，提出针对产品造型驱动的切割工艺会导致设备及占地面积的增加，因此在产品工程开放的同步工程阶段应详细分析并尽量避免以降低生产成本及提高产品的易制造性。针对车身制造工艺驱动的切割工艺，除在产品开发时输入共用孔径信息外，在白车身制造方案规划中需综合考虑设备共用性、投资成本及割孔精度等，合理选择车身切割工艺的设备类型及应用方案，从而实现多车型生产柔性化，设备投资和人员数量最优化，提高产品开发效率，降低整车制造风险及制造成本。

参考文献

[1] 陈锡荣，王立影.车身工艺虚拟评审[J].汽车制造业.2016，24：51～53.

[2] 黄志超.板料连接技术进展[J].锻压技术，2006，31（4）：119～122.

[3] 过志强，殷国亮.视觉引导的机器人关节空间动态轨迹规划[J].自动化仪表，2015： 36（3）：77～80.

[4] 姚晓春，金林锋.后举门净孔安装结合Vision在线冲孔应用[J].汽车制造业.2017，1：38～41.

[5] 沈海平，陈欣，陈阳.光纤激光切割技术[J].电焊机.2013，7：51～56.