趙偉 李博

摘 要：隨著復(fù)合材料在汽車(chē)產(chǎn)品輕量化材質(zhì)中占比的不斷提高，傳統(tǒng)鋼制車(chē)身整車(chē)制造工廠已不能滿足輕量化車(chē)身產(chǎn)品制造要求。本文以某復(fù)合材料車(chē)身產(chǎn)品整車(chē)制造工廠為實(shí)例，介紹了復(fù)合材料車(chē)身產(chǎn)品整車(chē)制造工廠總體制造工藝流程、車(chē)間工藝特點(diǎn)及其工程設(shè)計(jì)要求，以供同類(lèi)新工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料車(chē)身 整車(chē)制造工廠 工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)

1 引言

汽車(chē)輕量化是當(dāng)前汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，越來(lái)越多的汽車(chē)產(chǎn)品中采用復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的鋼、鋁等金屬材料。復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，采用物理或化學(xué)方法，組成具有新性能的材料。復(fù)合材料在性能上可以互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，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性能，具有比強(qiáng)度高、比剛度高、比模量高、抗疲勞性能好、減振性能好、耐高溫、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，已被視為理想的汽車(chē)輕量化材料之一。因此，復(fù)合材料車(chē)輛制造應(yīng)用日益廣泛[1]。

傳統(tǒng)鋼制車(chē)身整車(chē)制造工廠總體制造工藝包含沖壓、焊接、涂裝、總裝四大核心工藝，相對(duì)應(yīng)的主要車(chē)間包括沖壓車(chē)間、焊裝車(chē)間、涂裝車(chē)間、總裝車(chē)間。復(fù)合材料車(chē)身產(chǎn)品外覆蓋件為復(fù)合材料，而非鋼材，因此傳統(tǒng)的鋼制車(chē)身整車(chē)制造工廠已無(wú)法滿足其生產(chǎn)制造要求。

本文以某復(fù)合材料車(chē)身整車(chē)工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，闡述了復(fù)合材料車(chē)身整車(chē)制造工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)。該工廠規(guī)劃綱領(lǐng)10萬(wàn)臺(tái)/年，生產(chǎn)節(jié)拍為25JPH（Jobs Per Hour）。

2 復(fù)合材料車(chē)身產(chǎn)品結(jié)構(gòu)概況

汽車(chē)行業(yè)復(fù)合材料車(chē)身產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要分為兩大類(lèi)，一是復(fù)合材料覆蓋件+復(fù)合材料車(chē)艙結(jié)構(gòu)，二是復(fù)合材料覆蓋件+鋁合金框架車(chē)身結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料主要包含碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）、玻璃纖維復(fù)合材料（SMC）、工程塑料等。

根據(jù)復(fù)合材料使用的不同，形成了多種復(fù)合材料車(chē)身產(chǎn)品。以寶馬i3為代表的復(fù)合材料車(chē)身產(chǎn)品，外覆蓋件為工程塑料，車(chē)艙為碳纖維復(fù)合材料，車(chē)架為鋁合金型材。以前途K50為代表的復(fù)合材料車(chē)身產(chǎn)品，外覆蓋件為碳纖維復(fù)合材料，車(chē)艙框架為鋁合金型材板材。

本文以外覆蓋件為玻璃纖維復(fù)合材料、車(chē)艙框架為鋁合金型材的汽車(chē)產(chǎn)品為例進(jìn)行復(fù)合材料車(chē)身整車(chē)制造工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)的介紹。

3 總體制造工藝流程

項(xiàng)目產(chǎn)品采用全新的輕量化材質(zhì)設(shè)計(jì)方案，采用了外覆蓋件為玻璃纖維復(fù)合材料、車(chē)艙框架為鋁合金型材的多種輕量化材料。

由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特殊性，總體制造工藝流程與傳統(tǒng)鋼制車(chē)身整車(chē)制造工藝不同。

（1）SMC、PP、鋁合金覆蓋件等外協(xié)件進(jìn)入復(fù)合材料零件涂裝車(chē)間進(jìn)行噴涂。

（2）油漆后的覆蓋件通過(guò)車(chē)身-涂裝連廊送往車(chē)身車(chē)間，其中保險(xiǎn)杠等零部件經(jīng)車(chē)身車(chē)間的車(chē)身-總裝連廊直接送往總裝車(chē)間進(jìn)行裝配，剩下的漆后覆蓋件送往車(chē)身車(chē)間各工位。

（3）車(chē)身車(chē)間對(duì)鋁合金外協(xié)件和復(fù)合材料零件涂裝車(chē)間的漆后覆蓋件進(jìn)行粘接、鉚接等形成漆后整車(chē)車(chē)身再送往總裝車(chē)間。

（4）漆后車(chē)身在總裝車(chē)間進(jìn)行裝配、檢測(cè)、調(diào)試等工作后去試車(chē)跑道進(jìn)行路試。

（5）路試完成后進(jìn)入交檢間進(jìn)行淋雨、檢測(cè)，合格車(chē)輛送往成品停放場(chǎng)，不合格車(chē)輛進(jìn)入返修區(qū)。

4 車(chē)間工藝特點(diǎn)及工程設(shè)計(jì)要求

4.1 復(fù)合材料零件涂裝車(chē)間

（1）工藝特點(diǎn)

針對(duì)輕量化車(chē)身采用的鋁合金框架、SMC外覆蓋件材質(zhì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究，顛覆傳統(tǒng)整車(chē)生產(chǎn)工藝，項(xiàng)目決定采用零部件噴涂方式，取消整車(chē)涂裝車(chē)間，建設(shè)塑料件涂裝車(chē)間。

①車(chē)間任務(wù)：承擔(dān)車(chē)身SMC等外覆蓋件的裝飾性涂裝任務(wù)，具體負(fù)責(zé)工件的漆前處理、噴漆、烘干等工序，并完成油漆材料和產(chǎn)品涂層的檢驗(yàn)工作。

側(cè)圍、頂蓋、門(mén)板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等為廠外協(xié)作，涂裝后通過(guò)通廊送往車(chē)身車(chē)間;保險(xiǎn)杠、翼子板等為廠外協(xié)作，涂裝后通過(guò)通廊送往總裝車(chē)間。

②涂裝質(zhì)量達(dá)到乘用車(chē)塑料件涂裝的要求。

③漆前處理采用干冰清洗和靜電除塵，取代化學(xué)前處理，無(wú)廢水產(chǎn)生，減少設(shè)備能耗;占地面積小，節(jié)省車(chē)間能耗。

④?chē)娖峋€：采用兩條噴漆線，每條10NJPH，一期實(shí)施1條線適應(yīng)市場(chǎng)需求。

⑤噴漆采用3C1B工藝，底漆、色漆及清漆噴漆采用機(jī)器人;底漆、清漆采用雙組份溶劑型涂料，色漆采用單組分水性涂料。

⑥噴漆室紙盒干式漆霧處理系統(tǒng)，能耗較低，無(wú)廢水產(chǎn)生，循環(huán)風(fēng)比例較高，可減少?gòu)U氣排放。

⑦噴房底漆、清漆廢氣處理采用轉(zhuǎn)輪濃縮和TNV焚燒方式，面涂烘房自帶TNV處理廢氣。

⑧采用輕型滑橇輸送機(jī)組成機(jī)械化自動(dòng)化的連續(xù)流水生產(chǎn)線輸送線。

（2）工程設(shè)計(jì)要求

①?gòu)S房為單層，局部?jī)蓪?廠房高度約15m，低于整車(chē)涂裝車(chē)間高度;工藝設(shè)備、建筑工程投資均比整車(chē)涂裝車(chē)間低。

②沒(méi)有化學(xué)前處理電泳，僅有漆前處理采用干冰清洗和靜電除塵工藝，無(wú)廢水產(chǎn)生。

③塑料件涂裝廢氣量少，廢氣處理量低。

④車(chē)間內(nèi)考慮7000m2的物流存儲(chǔ)區(qū)，用于大量外協(xié)件物流存儲(chǔ)。

⑤用電量、空調(diào)制冷量、空調(diào)燃?xì)夂牧枯^整車(chē)涂裝均減少。

⑥漆后塑料件需要分別送往車(chē)身車(chē)間和總裝車(chē)間，需建設(shè)兩個(gè)連廊輸送線。

4.2 車(chē)身車(chē)間

（1）工藝特點(diǎn)

車(chē)身車(chē)間承擔(dān)鋁合金鈑金件存放;車(chē)身骨架總成的涂膠、粘接、鉚接、熱固化;車(chē)身總成的涂膠、粘接，門(mén)蓋裝配、檢測(cè)等。主要有車(chē)身總成、車(chē)身骨架總成、地板總成、前艙總成、前地板總成、后地板總成、左/右側(cè)圍總成、左/右前車(chē)門(mén)總成、左/右后車(chē)門(mén)總成、前艙蓋總成等。

車(chē)身框架采用鋁合金型材和板材通過(guò)膠粘劑熱固化膠粘連接。頂蓋、側(cè)圍、翼子板采用復(fù)合材料與車(chē)身骨架冷固化粘接。

SMC件涂膠采用機(jī)器人工作站，人工上下件，機(jī)器人涂膠。涂膠完成的SMC件送往車(chē)身總成線。

車(chē)門(mén)外板為SMC復(fù)合材料，采用機(jī)器人涂膠，然后與內(nèi)板粘接。

車(chē)身骨架總成線采用滑橇+滾床輸送工件。分別進(jìn)行擦凈、涂底漆、SMC件的粘接、安裝及調(diào)試門(mén)蓋等工作[2]。

完成的車(chē)身總成通過(guò)空中送往總裝車(chē)間，見(jiàn)圖2。

（2）工程設(shè)計(jì)要求

①結(jié)構(gòu)膠作業(yè)有溫度要求。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，車(chē)間內(nèi)要求恒溫，微正壓，保證清潔生產(chǎn)。廠房需設(shè)置空調(diào)確保夏季溫度不超過(guò)30℃，冬季溫度不低于15℃。

②車(chē)間潔凈度要求較高，外協(xié)件需在中轉(zhuǎn)區(qū)拆包后才能進(jìn)入物流存放區(qū)。

③采用鋼結(jié)構(gòu)廠房，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屋架，屋架工藝吊掛荷載局部2.5kPa。廠房?jī)舾?0m。車(chē)間內(nèi)的公用管線、設(shè)備吊掛系統(tǒng)、機(jī)運(yùn)系統(tǒng)等都采用屋架吊掛方式。

④由于采用粘接、鉚接、熱固化、冷固化工藝，而非傳統(tǒng)焊接工藝，因此耗電量、壓縮空氣量大幅減少。

⑤車(chē)間內(nèi)無(wú)傳統(tǒng)焊機(jī)，不需要冷卻循環(huán)水。

⑥車(chē)間由于有烘干爐進(jìn)行熱固化工作，需要提供天然氣，天然氣消耗量小時(shí)最大870m3/h。

⑦生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有火花、煙塵產(chǎn)生，無(wú)廢氣和廢水產(chǎn)生。

⑧粘接工藝沒(méi)有噪聲產(chǎn)生。

⑨車(chē)間內(nèi)生產(chǎn)物質(zhì)均為難燃燒物質(zhì)，車(chē)間火災(zāi)危險(xiǎn)性類(lèi)別可定為丁類(lèi)廠房。

4.3 總裝車(chē)間

總裝車(chē)間承擔(dān)復(fù)合材料車(chē)身整車(chē)產(chǎn)品的整車(chē)裝配、調(diào)試、檢測(cè)返修以及車(chē)門(mén)總成、儀表板總成、增程發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成、前后懸架（電機(jī)橋）總成等分裝工作。

復(fù)合材料車(chē)身整車(chē)制造工廠的總裝車(chē)間與普通新能源汽車(chē)總裝車(chē)間工藝流程、車(chē)間布局基本相同。

除了粘接后車(chē)身骨架進(jìn)入總裝車(chē)間外，復(fù)合材料零件涂裝車(chē)間噴漆后的部分外覆蓋件（保險(xiǎn)杠、門(mén)檻護(hù)板等）通過(guò)連廊直接進(jìn)入總裝車(chē)間，也有復(fù)合材料零件涂裝車(chē)間噴漆后先送到車(chē)身車(chē)間進(jìn)行粘接分總成然后送往總裝車(chē)間裝配的外覆蓋件（行李箱蓋、翼子板等），為了避免物流交叉，提出了采用分流、合流的機(jī)運(yùn)輸送方式連接起三個(gè)車(chē)間的機(jī)械化運(yùn)輸。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著復(fù)合材料新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷涌現(xiàn)，復(fù)合材料在汽車(chē)產(chǎn)品中的應(yīng)用呈明顯遞增趨勢(shì)，相應(yīng)的復(fù)合材料車(chē)身整車(chē)制造工廠建設(shè)需求也將與日俱增。復(fù)合材料車(chē)身整車(chē)制造工廠與傳統(tǒng)鋼制車(chē)身制造工廠區(qū)別很大，本文對(duì)復(fù)合材料車(chē)身整車(chē)制造工廠的規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行了淺析，并與傳統(tǒng)鋼制車(chē)身制造工廠規(guī)劃要點(diǎn)進(jìn)行分析比較，為同類(lèi)新工廠規(guī)劃提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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