Опишите процесс изготовления кузова легкового автомобиля постадийно
Опишите процесс изготовления кузова легкового автомобиля постадийно
Кузов первых моделей ВАЗ, так называемой «классической» компоновки, соответствовал требованиям своего времени и представлял собой конструкцию, которая состояла из нескольких крупногабаритных деталей (крыша, капот, панели пола, щиток передка) и большого числа сварных узлов, включающих относительно простые мелкие детали. Конструкция определяла и требования к материалам, и технологиям штамповки и сварки.
Так, основную массу деталей выполняли из холоднокатаного проката стали 08Ю категорий вытяжки СВ, ОСВ, а наиболее простые детали — из сталей 08кп и 08пс категории вытяжки ВГ. Прокат первой группы отделки поверхности, соответствующий категориям вытяжки ОСВ и ВОСВ для лицевых деталей кузова, закупали главным образом за рубежом.
Комплекс сварки кузовов классических моделей (ВАЗ-2101 — ВАЗ-2107) состоял из поточных линий на базе многоточечных сварочных машин и стендов ручной сварки. То есть оборудования, предназначенного для сварки непокрытых сталей. Оно отличалось высокой производительностью, относительной компактностью, надежностью в эксплуатации, хорошей ремонтопригодностью и в то же время — недостаточной гибкостью, что не способствовало изменению конструкции деталей в процессе модернизации автомобиля или смены модельного ряда, имело ограничения по сварке деталей из оцинкованных сталей. В частности, в последнем случае существенно снижало свою производительность из-за необходимости остановок для проведения периодической ручной зачистки электродов контактных машин.
К моменту постановки на производство семейства автомобилей ВАЗ-2108 требования к кузову изменились. Соответственно другими стали и подходы к его проектированию. Например, кузов ВАЗ-2108, в отличие от кузова ВАЗ-2101, не имеет деталей и узлов, устанавливаемых в процессе доварки черного кузова. Он состоит из каркаса и съемных узлов (двери, капот, крылья), а каркас — из пяти основных узлов: пола, правой и левой боковин, рамы ветрового окна и крыши. В результате конструкция стала более технологичной, в ней снизилось число деталей и узлов. К примеру, если кузов автомобиля ВАЗ-21013 состоял из 536 деталей, то кузов ВАЗ-2108 — из 368. Благодаря этому удалось уменьшить и число сборочно-сварочных операций, и число сварочных точек. (К примеру, последних с 7300 до 4300.) При этом доля сварки в автоматических линиях увеличилась с 45 до 96 %. Итог трудоемкость изготовления кузова снизилась с 9,89 до 6,7 нормо-ч, численность рабочих в цехах сварки — на 350 чел.
Автомобили семейства ВАЗ-2108 были первыми среди отечественных АТС, где для повышения коррозионной стойкости кузова стали применять детали из электрооцинкованного проката. Всего таких деталей 16, а их масса составляет
11 % обшей массы кузова.
Появление нового типа материала серьезно повлияло и на технологию изготовления кузова. Дело в том, что штамповать детали из оцинкованных сталей гораздо сложнее: покрытие существенно влияет на коэффициент трения в зоне контакта заготовки со штампом и, следовательно, на условия течения металла в процессе формовки и вытяжки; поверхностный слой имеет склонность к шелушению и отслоению в условиях пластической деформации металла-основы и контактного воздействия со стороны штампового инструмента, В силу этих особенностей штамповка электрооцинкованного проката требует дополнительных затрат и ужесточения технологической дисциплины. Например, при рубке заготовок, чтобы избежать отслоений покрытия в зоне реза и последующего их переноса с кромок заготовок на зеркало штампа, нужно очень точно выдерживать зазоры в режущем инструменте. Иначе в процессе штамповки, когда контактные давления очень высоки, сдираемые микрочастицы цинка привариваются к поверхности штампа, постепенно коагулируют и накапливаются в виде достаточно крупных металлических наростов, которые травмируют поверхность листа, оставляя на ней дефекты в виде выпуклостей, что совершенно недопустимо для лицевых деталей кузова.
Вторая группа особенностей оцинкованных сталей — их худшая, по сравнению с непокрытым металлом, свариваемость и повышенный износ сварочных электродов. Потому, что цинковое покрытие увеличивает контактные электросопротивления в парах «электрод — деталь» и «деталь — деталь». Следовательно, уменьшает сварочный ток и количество теплоты в зоне свариваемого соединения. Чтобы компенсировать это явление, сварочный ток приходится увеличивать, в зависимости от типа покрытия, на 5—15 %. Но в условиях высоких токов, температур и давления материал электрода начинает активно взаимодействовать с цинком, образуя легкоплавкие эвтектики (латуни). В итоге электрод по микронеровностям очень «охотно» приваривается к поверхности листа, а при размыкании контакта вызывает повышенную эрозию контактной поверхности. При этом масса данного участка поверхности возрастает, значит, снижаются плотность тока в контакте и диаметр ядра сварочной точки. Кроме того, постепенно образующийся слой латуни на контактной поверхности электрода повышает его электрическое сопротивление и соответственно снижает количество теплоты, выделяющейся в сварном соединении, что также уменьшает диаметр ядра сварной точки.
Было очевидно, что решить перечисленные проблемы можно только одним способом — перейти на оборудование, способное автоматически регулировать величины сварочного тока и периодически зачищать рабочую поверхность электродов. Что и сделали: ВАЗ перешел на автоматические линии и посты, оснащенные робототехническими комплексами, созданными в сотрудничестве с фирмами «Сиаки» и «Кука».
Следующим этапом эволюции кузова стали разработка и постановка на производство автомобилей семейства ВАЗ-2110. Данный этап во многом перенял лучшие технические решения, опробованные на семействе ВАЗ-2108. Например, общее число деталей кузова, несмотря на более сложную конструкцию, снизилось, по сравнению с ВАЗ-2108, на 20 шт., а число сварочных точек возросло лишь на 478 (10 %). Однако необходимость обеспечения современных требований экономики заставила улучшать аэродинамику автомобиля и, как следствие, усложнять форму деталей. Что повлекло за собой увеличение объемов применения высокотехнологичных штампуемых сталей, еще большее ужесточение требований к оборудованию и штамповой оснастке. Поэтому под проект пришлось закупить и смонтировать пять новых автоматических вырубных и штамповочных линий, в том числе уникальный для России шестипозиционный пресс-автомат усилием 32 тыс. кН с гидравлической маркетной подушкой на первой позиции, выпускаемый немецкой фирмой «Эрфурт» и предназначенный для штамповки крупногабаритных деталей. Кроме того, под техническим руководством ВАЗа отечественными металлургическими комбинатами ОАО «НЛМК» (Липецк), «Северсталь» (Череповец), «ММК» (Магнитогорск), «АО ЛМЗ» (Лысьва) совместно с ЦНИИЧМ имени Бардина (Москва) было освоено производство современных автолистовых сталей, в том числе с цинковыми покрытиями, что позволило полностью обеспечить нынешнюю потребность отечественной автомобильной промышленности в качественном металлопрокате. В том числе практически всю потребность ВАЗа в холоднокатаном листе первой группы отделки поверхности (-155 тыс. т в год, из них 41 тыс. т — оцинкованный прокат), в горячеоцинкованной (-9 тыс. т в год) и электрооцинкованной (-76 тыс. т в год) сталях.
В настоящее время с целью повышения качества штампуемых деталей проводятся работы с металлургическими комбинатами по использованию нового поколения консервационно-технологических смазок для листового проката, внедрению специальных моечных машин для особо ответственных лицевых деталей кузова. Нарабатываются мероприятия по исключению попадания дополнительных загрязнений на поверхность проката в процессах переработки (резка заготовок, хранение, транспортировка и штамповка).
Объем применения оцинкованных сталей в кузове ВАЗ-2110 достиг 52 %его массы. Что в сочетании с дополнительной обработкой опасных зон специальными защитными составами и высококачественным лакокрасочным покрытием гарантирует защиту его деталей от сквозной коррозии на срок до шести лет. Однако рост числа деталей, выполняемых из оцинкованных сталей, еще более обострил проблему обеспечения качества штамповки. В частности, чтобы уменьшить налипание цинка, необходима дополнительная операция ручной периодической очистки зеркала штампа. Что, безусловно, сказывается на трудоемкости изготовления деталей и производительности оборудования. Поэтому ВАЗ проводит подготовительные работы по закупке лицензии и освоению технологии хромирования формообразующих поверхностей штампов, которое, как известно, позволяет решить проблему на современном уровне.
Широкое применение оцинкованных сталей потребовало принятия новых решений и в отношении всего сварочного комплекса, в том числе значительного усложнения, как механики, так и систем управления сварочных линий: теперь общее число используемых сварочных роботов достигло 220 шт. В состав автоматических линий, кроме традиционных постов сварки, вошли посты промазки кузова мастиками перед сваркой и нанесения высокопрочного клея на стыке капота перед его зафланцовкой. В линиях сварки впервые в нашей стране в больших (
50 шт./кузов) объемах применена полуавтоматическая и автоматическая дугоконтактная приварка болтов, заменившая собой традиционную рельефную сварку, требующую пробивки отверстий в листовой детали.
Переход на горячеоцинкованный прокат выгоден и в экономическом отношении: технологическая себестоимость изготовления данного проката на 10—15 % ниже, чем проката электрооцинкованного. Кроме того, он более технологичен с точки зрения штамповки. Во-первых, в качестве его основы используются высокопластичные стали со сверхнизким содержанием углерода (IF-стали); во-вторых, покрытие из более мягкого металла оказывает то же влияние, что и твердая смазка, т. е. в определенной степени облегчает процесс штамповки, улучшая условия течения металла.
Проблема обеспечения свариваемости горячеоцинкованного проката решается за счет использования сварочных роботов с современными системами управления циклом сварки и автоматической зачисткой электродов. Для снижения затрат на электродные материалы применяются электроды колпачкового типа с внутренним посадочным конусом.
Вторая особенность кузова ВАЗ-1118 — более широкое, чем на ВАЗ-2110, применение низколегированных и двухфазных (ферритно-мартенситных) сталей повышенной прочности, освоенных отечественной металлургической промышленностью (НЛМК и ЧерМК). Такой переход, во-первых, увеличивает прочность и уровень пассивной безопасности кузова, во-вторых, снижает его материалоемкость (собственную массу) и положительно сказывается на динамических характеристиках, топливной экономичности и других потребительских свойствах автомобиля.
Общая сборка и сварка кузовов легковых автомобилей
На этом заключительном этапе изготовления «черного» кузова окончательно определяют все его геометрические размеры и подготовляют поверхность для дальнейших операций. Разрабатывая технологию, особенно важно правильно расчленить кузов на основные узлы, из которых окончательно собирают кузов, с учетом следующих условий: сборка кузова из минимального числа крупных узлов; возможность применения точечной сварки для прихватки в приспособлении; возможность применения механизированных способов точечной сварки; возможность окончательной сварки кузова в свободном состоянии без нарушения его геометрии.
Например, окончательно кузов легкового автомобиля без навесных деталей ГАЗ-20 «Победа» собирался из 11 узлов, кузов ГАЗ-21 «Волга» — из 7 крупных узлов, а кузов автомобиля ГАЗ-24 «Волга» всего из 6 узлов (рис. 36). Кузов автомобиля ВАЗ-2101 «Жигули» также состоит из 6 крупных узлов.
Рис. 36. Основные узлы кузова легкового автомобиля ГАЗ-24 «Волга»: 1 — основание кузова (пол); 2, 3 — правая и левая боковины; 4— узел переднего окна; 5 — узел заднего окна; 6 — крыша
При комплектовании отдельных узлов важно обеспечить образование жестких проемов кузова в узлах. Примером этого может быть применение цельноштампованных боковин в кузовах различных по классу и размеру моделей автомобилей.
Необходимо стремиться к более широкому применению наиболее производительных способов точечной, шовно-точечной и рельефной сварки, вызывающих минимальное коробление. Лучшее качество можно получить, если удается сварить узлы обычными нахлесточными или фланцевыми соединениями. Детали кузова изготовляют из сталей различных толщин. Если отношение толщин превышает допустимые пределы для одного режима, то в условиях поточного производства применяют разные машины или машины, работающие на двух или трех режимах.
В конструкциях кузовов встречаются закрытые сечения, где точечная сварка возможна только с косвенным токоподводом. Это места соединения элементов кузова с полом и некоторыми соединениями по проему ветрового окна и проему дверей, которые молено осуществлять и на обычных подвесных точечных машинах, распорными пистолетами или на многоэлектродных машинах.
Применение однополюсных сварочных пистолетов даже при небольшом выпуске изделий нецелесообразно. Сравнительно небольшие усилия сжатия, которые может создать сварщик, приводят к неустойчивому качеству сварки и быстрому утомлению рабочего. Наиболее неудобна точечная сварка в нижней части кузова, для выполнения которой чаще всего применяют многоэлектродные машины. Такую операцию можно выполнять клещами с пневмоприводом, смонтировав их на стационарной подвесной тележке.
В некоторых конструкциях кузовов и кабин автомобилей сточный желобок представляет собой отдельную деталь. Его сварку с крышей в большинстве случаев выполняют при сборке и окончательной сварке кузова (рис. 37). В некоторых конструкциях (рис. 37, а, б, в, е) желобок приваривают к фланцам крыши и усилителям проема ветрового окна. Поскольку в месте сварки образуется три толщины металла, это соединение получают в два этапа: шовно-точечной сваркой соединяют только крышку с деталями проема, а желобок приваривают точечной сваркой к отбортовке крыши. Желобок не является силовым узлом и его изготовляют из низкоуглеродистой стали толщиной 0,5—0,6 мм.
Рис. 37. Соединение сточного желобка с деталями кузова
Некоторые кузова не имеют отдельного сточного желобка. Его роль выполняют детали, образующие дверной проем (рис. 37, г, д). В этом случае детали изготовляют из металла толщиной 0,8— 0,9 мм, так как деталь несет большие силовые нагрузки. При такой конструкции узла отсутствует источник интенсивной коррозии в местах сопряжения желобка с крышей. Иногда это место дополнительно защищают от коррозии путем нанесения пластмассы (рис. 37, а, б). Операция выполняется после фосфатирования и грунтовки кузова.
Кромка крыши большинства современных автомобилей отфланцована наружу. Это создает благоприятные условия для сварки желобка с крышей. В зависимости от конструкции боковины и общей технологии это соединение выполняют при изготовлении крыши или чаще при общей сварке кузова шовно-точечной сваркой на подвесных шовных машинах (вместо точечных).
Такой способ позволяет в большей степени автоматизировать процесс сварки, увеличить производительность, в результате чего не расходуется время на сжатие и обратный ход электродов после сварки каждой точки. Сварка и передвижение электродов происходят при постоянном усилии сжатия на электродах. Ролики машины плотно прижимают металл в течение всего процесса сварки. Деформация листов уменьшается (рис. 37, з). Шаг между точками выдерживается постоянным, точки располагаются на одной линии. Все это позволяет значительно улучшить декоративный вид соединения и даже сваривать лицевые поверхности без специальной обработки.
При шовно-точечной сварке шаг между точками различный. Если кузов после сварки грунтуется окунанием, а еще лучше с применением электроосаждения грунта (электрофорез), то вполне достаточен шаг 15 мм. Для сопряжения крыши с желобком (рис. 37, ж) возможна лишь точечная сварка. На подвесных точечных машинах при их ручном управлении не удается обеспечить равномерного шага между точками и нормального расположения электродов к поверхности деталей, поэтому внешний вид соединения ухудшается, что недопустимо для лицевых поверхностей, особенно легковых автомобилей. Лучшие результаты можно получить, если для передвижения клещей использовать роботы. Шаг между точками составляет 15—25 мм. Для шовно-точечной сварки применяют специальные клещи, питаемые от обычных подвесных точечных машин.
Сборку и сварку кузова осуществляют в сложных приспособлениях, называемых на автомобильных заводах главными кондукторами. От конструкции приспособления зависит точность размеров кузова и производительность. Для обеспечения более высокой точности узла целесообразна сборка в одном кондукторе. В зависимости от условий производства применяют стационарные или передвижные приспособления. Более высокая точность кузова достигается в стационарных приспособлениях, конструкция которых может быть выполнена более жесткой. В такие припособления можно вмонтировать машины для точечной сварки распорными пистолетами, а при значительном объеме сварки многоэлектродные машины. Это особенно важно при сборке и сварке кузовов несущей конструкции, так как в нижней его части сосредоточен большой объем сварочных работ. При такой технологии на окончательную сварку в свободном состоянии остается меньший объем, и кузов получается более стабильным по геометрическим размерам.
За последнее время в целях обеспечения более высокой производительности главные кондуктора изготовляют с одной или двумя выносными загрузочными позициями.
На некоторых предприятиях кузова собирают без жестких кондукторов на специальном шаговом конвейере со значительно меньшим количеством фиксаторов, прижимов и зажимов. Это позволяет распределить фронт работ и увеличить производительность труда, однако точность размеров кузова при такой технологии ухудшается. На кондукторах обычно работает бригада из четырех-шести человек, которые собирают и сваривают кузов в приспособлении в нескольких сотнях точек с производительностью до 20 кузовов в час.
Общая организация линии сборки и сварки зависит от масштабов производства и конструкции кузова, выбранной технологии, конструкции сборочно-сварочных приспособлений и применяемого оборудования. При мелкосерийном производстве кузова собирают и сваривают в стационарных приспособлениях. Окончательную сборку осуществляют в свободном положении также на стационарных рабочих местах. В массовом производстве для расширения фронта работ увеличивают число рабочих мест.
Сборку и сварку легкового автомобиля ГАЗ-24 «Волга» (рис. 38) выполняют на шести стационарных сварочных кондукторах. На сборку поступает шесть крупных предварительно собранных узлов (рис. 36). Главный кондуктор (рис. 39) имеет большие размеры и более сложную конструкцию. Он отличается от обычных принятых конструкций тем, что снабжен тележкой 1, на которой закреплены узлы фиксации 2 основания кузова 3. Тележка выдвигается из кондуктора для удобства установки пола, затем перемещается в горизонтальной плоскости и поднимается до сопряжения пола с другими узлами кузова, первоначально зафиксированными в приспособлении (авт. свид. № 239466). Это позволяет расширить фронт работ, улучшить условия закладки отдельных узлов в кондуктор, когда еще отсутствует основание кузова, а также устранить влияние этого основания на общую геометрию кузова, особенно на размеры его дверных проемов.
Рис. 38. Конструкция кузова легкового автомобиля ГАЗ-24 «Волга»
Рис. 39. Схема главного кондуктора для сборки и сварки кузова автомобиля ГАЗ-24 « Волга»
Основанием приспособления служит литая из серого чугуна плита 8 с ребрами жесткости. В центре этой плиты имеется вырез, в котором размещается тележка 1 с полом кузова 3. Тележка длиной 4,2 м передвигается по рельсовому пути на 12 м посредством электропривода через редуктор и цепную передачу. Положение тележки точно определяется четырьмя выдвинутыми фиксаторами с пневмоприводом 4. В рабочем положении тележка вместе с зафиксированным полом кузова поднимается на 200 мм винтовым механизмом также с приводом от электродвигателя.
На общей плите с двух сторон кондуктора установлены салазки 6, на которых смонтированы стойки, несущие узлы фиксации и крепления левой и правой боковин кузова. Вся эта система передвигается по направляющим 5 гидроцилиндром 7 на длину 0,6 м. Аналогичное устройство 9 смонтировано на плите в задней части приспособления, в котором фиксируется узел проема заднего окна кузова. Этот узел передвигается в рабочее положение тем же гидроцилиндром. Узел переднего ветрового окна дополнительно фиксируется съемным приспособлением и подается на сборку подвесным устройством. Для фиксации и крепления узлов кузова в приспособлении широко используются пневматические прижимы.
На кондукторе кузова собирают в такой последовательности. Вначале фиксируют проем заднего окна, затем боковины и проем переднего окна. Подавая узлы с фиксирующими устройствами в рабочее положение, собирают и сваривают с крышей всю оболочку кузова. До подачи пола с тележкой сварщику представляется возможность удобно работать внутри оболочки кузова. Затем подается пол с передней частью и подмоторной рамой, образующей с оболочкой кузов в сборе без навесных узлов. Дальнейшую работу выполняют снаружи кузова, где сваривают в основном удобные фланцевые соединения.
Всего приспособление имеет 95 опорных точек фиксации и 60 прижимов преимущественно с пневмоприводом. Общая масса кондуктора 12 т. Конструкция этого кондуктора позволяет выполнять в приспособлении большой объем сварки (до 500 точек), для чего имеется шесть подвесных машин. Этому способствует максимальное удобство работы на этом оборудовании, так как фиксирующие устройства имеют небольшие размеры и рационально расположены. Бригада из трех сборщиков и сварщиков может собрать и сварить три-четыре кузова в час.
Главный сборочный кондуктор ВАЗа имеет сложную конструкцию, но и более высокую производительность. Кондуктор проходного типа с челночной загрузкой. Для увеличения производительности в приспособление встроена многоэлектродная машина.
Система толкающих конвейеров 6 (рис. 40) подает подвеску с комплектом узлов кузова к передвигаемой тележке 1 приспособления на позиции загрузки. Подготовленные к сборке узлы вручную передвигают с подвески на тележку и фиксируют прижимами. Цепным приводом тележка передвигается на позицию для сварки. Здесь узлы окончательно зажимаются зажимными устройствами и свариваются точечной сваркой на многоэлектродной машине в 96 точках. Остальные 182 точки свариваются на подвесных машинах, удобно размещенных около главного кондуктора.
Рис. 40. Схема главного кондуктора для сборки и сварки кузова легкового автомобиля BA3-2101 «Жигули»:
1 — кондукторная тележка на позиции загрузки-разгрузки; 2 — опускная секция подвесного толкающего конвейера; 3 — подвесные сварочные машины; 4 — кондукторная тележка на позиции «сварка»; 5 — сборочный кондуктор с многоэлектродной сварочной машиной; 6 — подвесной толкающий конвейер
После окончания цикла тележка кондуктора перемещается на первоначальную позицию, где кузов автоматически устанавливается на подвеску толкающего конвейера, подвешенную на опускной секции 2, и подается на линию окончательной сварки. В то время как одна секция находится на позиции сварки, другая занимает позицию разгрузки, где происходят съем готового изделия и разгрузка очередного комплекта узлов. Это позволяет сократить вспомогательное время сборки, так как эти операции выполняются в течение основного времени сварки.
Бригада из шести сборщиков и сварщиков, работая на главном кондукторе, собирает и сваривает до 100 кузовов в смену.
В отличие от традиционной технологии сборки и сварки кузовов легковых автомобилей в стационарных или передвижных кондукторах на АЗЛК каркас кузова автомобиля «Москвич-412» собирается и сваривается на механизированной поточной линии. Все операции расчленены на 13 позиций. На пяти позициях поточной линии установлены фиксирующие приспособления с быстродействующими откидными каретками. Вдоль линии смонтированы подвесные точечные машины для прихватки и сварки собираемых узлов. Все рабочие места соединены единой транспортной системой.
Подача комплектующих узлов механизирована с помощью конвейеров электроталей, обеспечивающих автоматическое адресование узлов на сборочно-сварочные позиции. В конце линии установлена многоэлектродная машина для сварки кузова в 144 точках. Производительность линии 52 кузова в час. Линию обслуживают 27 операторов.
При высоком темпе производства целесообразна автоматизация сборки и сварки кузова.
Линия, построенная для производства кузовов автомобилей «Фольксваген-1200» (рис. 41, а), имеет 16 позиций, на которых многоэлектродные машины сваривают кузов, после чего он следует на линии дальнейшей сборки. Кузов этой модели автомобиля имеет облегченную конструкцию пола, так как он в дальнейшем крепится к раме болтами. На первых трех позициях линии поступающие заднюю и переднюю части кузова соединяют в приспособлении, транспортируют на многоэлектродную машину и сваривают точечной сваркой в специальных приспособлениях, фиксирующих размеры проемов дверей. На этой операции кузов получает дополнительную жесткость.
Рис. 41. Автоматическая линия сборки и сварки кузовов легкового автомобиля «Фольксваген-1200»
На следующей позиции (рис. 41, б) крышка, подаваемая на сборку подвесным конвейером, захватывается специальным приспособлением и укладывается на поворотное устройство, с которого снимается специальными захватами, расположенными на консоли. Затем приспособление разворачивается на 180°, и крыша предварительно устанавливается на кузов. На последующих семи позициях кузов сваривается на многоэлектродных машинах, и после контрольных операций в конце линии переносится для дальнейшей сборки с навесными деталями на параллельную линию.
Для этой линии характерно поперечное движение кузовов, что значительно уменьшает ее протяженность.