汽车天窗框架工艺改进

付文涛

摘要：随着技术的提升及消费的升级，汽车配置天窗在我国的普及率逐年攀升。天窗对整车性能有较大影响。本文提出了一种提高汽车天窗框架生产效率、节省能耗、保证生产质量生产工艺，可满足汽车天窗框架精密加工要求。

关键词：天窗框架；工艺改进；节省能耗

引言：在汽车制造行业中，如何有效地控制成本，实现精益生产，提供性价比更高的产品，增加市场竞争力，一直以来都是最重要的研究内容及发展方向之一。汽车天窗框架作为车身顶盖系统的一个零件，由于要承载天窗系统而设计成一体式框架结构，中间部位的废料区域大，材料利用率不到40%，如果这些多余的中间料片不能被有效利用，甚至作为废料处理，会造成原材料的极大浪费，导致零件成本增加。如何提高材料利用率，减少使用的冲压原材料，是降低成本的重要方向。针对冲压汽车天窗框架生产中存在材料大量浪费问题，在前期的研究中，我们研发出一种冲压模具，能够有效节约板材，提高生产效率，保证产品质量。

一、工程概述

某车企需要代生产A58车型天窗框架，计划需求量：42000台/年，直线精密度要求小于等于0.07mm。

二、产品质量要求（见表1）

表1汽车天窗框架质量要求

尺寸公差	±1mm
杯突实验（焊缝强度检查）	不在焊缝及其热影响区开裂
焊缝质量检测标准	ISO13919 I标准等级B
焊缝两端未焊	≤2mm
沿基准边错边	≤1mm
堆垛总体错层	≤5mm
层间错层	≤3mm
板面外观质量要求
1、焊接边断面需平整，无杂质、凹陷等不良； 2、焊缝外观：不得有孔洞、裂纹、漏焊、未焊透、凸起、垂直错边、凹陷、咬边、溅渣等目视可及的质量缺陷 3、板面外观：外观不得有撞伤、锈迹、褶皱变形，可接受无手感划伤。

三、汽车天窗框架生产过程存在问题

目前，在许多汽车尤其是轿车的顶部装配有天窗，用于连接安装天窗玻璃的天窗框架大多为整体式四边形金属框架。针对汽车天窗框架的制造，在综合考虑冲压模具成本、冲压机床规格等制造成本因素后，常规的制造工艺通常是将一整块金属板材作为原材料，先后分若干个制造工序，从而最终完成整个汽车天窗框架的制造。

采用上述汽车天窗框架制造工艺，必然导致作为原材料的金属板材的有效利用率极低，往往不足40%，而且框架越大，中间部位废料区域越大，原材料利用率越低，[1]较为耗时耗工，制造效率不高，急需改进现有生产工艺。

四、工艺改进

4.1、设计思路

一体化框架生产过于浪费板材，我们通过研究分析，将汽车天窗框架分成4个部分，分别批量生产，再通过激光焊接的方式将部件连接起来。基于合适的焊接工艺参数，激光焊接能够保证汽车车身关键部位焊接时的高疲劳强度和冲击韧性，从而保证车身焊接质量和使用寿命。[2]

4.2、工艺流程

VP1：通过纵切修正卷宽，再上摆剪，得到第一、二片激光拼焊坯料。

VP2&VP3：通过落料、冲压及精剪得到第三、四片激光拼焊坯料。

    采用四片激光拼焊坯料，并对其激光拼焊时的分缝进行设计，再根据激光焊接设备选择分序拼焊工艺或是一次性拼焊工艺，我们采用的是分序拼焊工艺：

（1）分序拼焊工艺：将第一、二片激光拼焊坯料分别垂直激光拼焊于第三片激光拼焊坯料的两端部，形成U型，采用精剪设备将第一、二片激光拼焊坯料未被激光拼焊的端部精剪齐平，将第四片激光拼焊坯料激光拼焊于第一、二片激光拼焊坯料被精剪齐平的端部上，形成四片式激光拼焊框架坯料； 

（2）最后将四片式激光拼焊框架坯料冲压成形，形成汽车天窗框架。

具体流程如图1所示。

图 1汽车天窗框架工艺流程图

通过四片激光拼焊坯料激光拼焊成框架坯料冲压成形，形成汽车天窗加强框，材料利用率可提升至70％以上，有效降低材料成本，并通过不同厚度的坯料拼焊实现结构轻量化；能有效控制激光拼焊精度和质量，避免四片式激光拼焊框架坯料冲压成形时因应力集中而开裂。[3]

五、冲压模具采用的关键技术

为节能降耗，加快生产效率，模具设计采用双弓形设计，正反公用弓形角，材料下料正向出料1件，侧向出料1件，侧出件焊接边为一次冲压裁剪（如图2），可保证直线精密度。正向出料由于一刀切出，材料会凹陷造成浪费，出入经济性考虑，我们把正向冲压裁剪分成2个工序完成，由两刀拼合。这样就会产生另外一个问题：正向出料的同一条直线上是两刀切出，第二刀因设备移动送料时会产生偏差，0.07mm直线精密度难以保证，后续需要增加精剪工序，精剪本身还会造成材料损耗。为减少后续精剪机工序成本及精剪同时带来的材料损耗，需在模具冲压落料时完成直线度保证，因此在冲压模具设计时，增设了限位导向块（如图3），保证设备移动送料时不会产生偏差。

图2侧出件冲压裁剪

图 3  正出件冲压裁剪

六、结语

汽车天窗框架作为汽车车身的一部分，是其他零部件的重要载体，其制造技术直接关系到汽车整体的制造质量。采用该生产工艺不仅提高了天窗框架的生产效率，降低了能耗，材料利用率提高到70%以上，而且产品质量得到保证。该设备已经开始加工汽车天窗框架，并进行了交付，产品品质得到客户的认可。

参考文献：

[1]柳一凡,岑亦凡. 车顶天窗框架废料利用研究及应用[J]. 精密成形工程,2020,12(4):171-175. DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2020.04.022.

[2]王瑜,舒乐时,耿韶宁,等. 汽车车身激光焊接技术的现状与发展趋势[J]. 中国激光,2022,49(12):178-195. DOI:10.3788/CJL202249.1202004.

[3]薄板激光拼焊工艺研究[J]. 电焊机,2005,35(10):40-42.