纯电动乘用车整体式静止合车工艺研究

作者:严星 万小飞 古加能 张伟伟 许宝强 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2021-10-12
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底盘与车身合车工艺规划是总装车间的顶层规划,对产品质量、成本、交付有重要影响,涉及面广 , 需综合平衡考虑。作者根据项目实践经验和对标研究,对乘用电动汽车整体式静止合车工艺的规划理念、规划目标、平面布置、工艺流程、设备技术进行解读和剖析,为选择最佳合车方案提供参考。
将纯电动汽车的前悬架、电池和后悬架等主要底盘分总成上件到合装托盘上,输送到合车站,车身在吊具上输送到合车站。在合车站一次整体完成底盘与车身结合,合车时托盘和车身相对输送线X向静止,称为整体式静止合车,布置如图 1 所示。


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▲图 某主机厂分装夹爪锁紧弹簧示意


整体式静止合装相对于连续式合装在自动化、模块化生产上有较大优势,符合总装车间“工业4.0”的趋势,但工艺相对于连续式、分体式合车更复杂,需与产品平台化、模块化同步统筹顶层规划。早期整体式合装技术主要来自于平台化较成熟、设备投入较高的欧系车企,近年来广汽、吉利和长城等正与本土供应商逐步推广应用。整体式静止合车系统规划主要考虑 15 个关键要素,即“一套合车定位系统方案,两类输送载具,三个分装上件区,四个工装站和五条输送线”。



一套合车定位系统方案


在前期方案策划时,工厂规划与尺寸和产品部门相结合,对整个工艺流程进行模拟,结合投产产品的平台化特性设定工厂规划思路,拟定出合车定位系统。主要包括车身与底盘吊具、底盘件各分总成与托盘、托盘与车身、合车时合车站与托盘、合车时合车站与吊具的定位。尺寸部门按照合车工艺流程,用专业软件计算合车成功率,并结合产品和夹具供应商能力,拟定出夹具、底盘件和车身件定位系统相关关键位置的形状精度和位置精度。合车定位方案是总装车间的最重要、最复杂的工艺方案之一,改造费用较高,改造周期较长,前期策划时重点考虑投产产品的平台化要求,审慎会签。



两类输送载具


合车系统中有底盘吊具和合装托盘两类输送,分别输送底盘和车身到合车工位。


1. 整体式合装托盘

合装托盘承载底盘件,并与输送线、合车及装配拧紧系统匹配,满足工艺操作的便捷性。合装托盘的主要构成见图 2,包括主框架、前托盘、中托盘和后托盘。各子托盘与主框架之间采用孔与销的装配,类似搭积木式实现快速分离与合并。各厂家由于平台化水平和各工厂导入产品差异,底盘部件集成度差异很大。集成度最低的仅有前、后托盘集成前后悬。集成度最高的几乎集成所有底盘件。集成度越高,难度越大。托盘上设置与合车站、吊具和车身对应的定位系统。各分托盘需要加装起吊机构,用于分托盘切换。合装托盘各子托盘上的支撑销需适配对应底盘承载件,且不能与其他底盘件发生干涉。对于同功能位置有干涉的支撑销可采用可扳倒或拔插式快换机构。托盘装配后的整体精度±0.35 mm 之内,部分关键销的精度在 ±0.15 mm 之内。三坐标测量托盘公差并进行调整,直至满足精度需求。


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▲图 2 整体式合装托盘示意


2 . 底盘吊具

底盘吊具用于承载、输送车身到合车工位,托盘分离后承载合装后车身和底盘件。驱动形式有摩擦线、EMS 自行式和积放链式,外形分为 H 型、L 型,承载方式分前销后托、四销式、四托式。功能形式分为能打开或 不能打开、可旋转或不可旋转、锁紧车身或不锁紧车身、可升降或不可升降和向可调或不可调。各主机厂根据产品重心、电池对吊点的影响、平台化、合装工艺对接和设备成本等因素选型。



三个分装上件区


前悬架、电池 PACK 和后悬架分别在各自分装区分装好后,上件到托盘上。也有厂家采用模块化外包形式总装工厂外分装后,各分总成输送到线边上件。各底盘部件相对较重,占用面积大,规划时重点注意各零部件物流输送和通道。规划时注意电池和前后悬架的干涉关系影响上件顺序。部分厂家分装托盘和合装托盘上子托盘共用,直接将分装好的分总成和子托盘整体移载到主框架上。按自动化程度分为手动上件和自动上件。



四个工装站


整体式静止合车系统由合车站、拧紧站、分离站和返修站四个工装站组成。分离站托盘和产品分离,返修站对装配不合格点返修,重点介绍合车站和拧紧站。


1.合车站

托盘和吊具快进到达合车站,X、Y 向托盘和吊具定位好后,向由剪式举升机举升托盘(图 3),或吊具下降(图 4),完成底盘与车身“结合”的过程。为防止带螺旋弹簧后悬架合车顶起车身,弹簧需分装预压,或合车外部设备压紧,或合车后嵌入。


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▲图 3 某主机厂举升机举升底盘式合车


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▲图 4 某主机厂车身吊具下降式合车


2 . 拧紧站

合车后快出进入拧紧装配站,一般分前悬架、电池和后悬架 3 个拧紧站。手持拧紧枪或反力臂直接拧紧螺栓,或拧紧枪在伺服拧紧机构上自动拧紧,或用机械手带动拧紧枪自动拧紧。自动拧紧对系统精度、产品平台化要求高,设备投资较大。



五条输送线


合装系统输送线由“口”字型四条环线(托盘分装线、往合车站移载线、底盘一线、分离后返回线)和合装子托盘库输送线组成,或选择 AGV 输送时形成的环线,如图 所示。


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▲图 5 AGV 输送整体式合车示意


汽车生产方式从传统单品种、大批量向多品种、中小批量及“变种变量”混流柔性生产过渡。当车型间且差异较大,通过子托盘避让、滑移等方式无法兼容时,需建设合装子托盘库输送线完成模块化切换。托盘库建设投资较高,前期统筹规划,分期实施。单一车型销量不大、平台化程度不高,车企采用整体式合装生产成本较高。



结语


合车方案是整个总装车间的顶层规划,直接决定底盘区域平面布置与设备投资预算等。整体式静止合车在提升车间自动化水平上有较大优势,对整个系统精度要求较高,从而间接提升产品质量,后期应用前景广阔。

本文简要解析了纯电动汽车整体式静止合车工艺规划中的 15 个要点,为合装方案精准规划、合理选型、规避项目风险提供了有益的参考意见。


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