现代汽车技术与实践样车试制技术现状和发展.docx
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现代汽车技术与实践样车试制技术现状和发展
现代汽车技术与实践
样车试制技术现状和发展
摘要
汽车制造是一个复杂庞大的工程，生产过程中的一个小差错就可能导致汽车的大问题，所以样车试制非常重要。
汽车样车试制是按照设计部门提供的图纸或数模将设计转化为实物,或根据产品的描述，利用现有设备制作样件、样车。
样车试制是新产品从设计到正式投产的必要步骤，是把产品开发方案变成为具有使用价值的实体产品的过程。
无论是自行设计的还是逆向生产的产品，都需经过产品试制这一过程，否则，一旦设计问题或缺陷转入生产，不但会严重影响生产线生产，而且也会给产品的销售埋下无穷隐患。
本文简要介绍了样车试制的定义、目的以及重要性，样车试制的主要流程、主要工艺应用，包括白车身、快速成形和快速模具等。
分析了样车试制产业在中国的现状以及发展趋势。
关键词：
样车试制，流程，白车身，快速成形，快速模具，现状，发展
目录
摘要I
1样车试制简介1
1.1样车试制定义1
1.2样车试制目的1
1.3样车试制意义1
2样车试制主要流程2
2.1顶层设计注意事项2
2.2样车制作关键流程2
2.2.1MULECAR的制作2
2.2.2PFM（总布置验证模型）的制作2
2.2.3油泥模型的制作2
2.2.4校验模型的制作3
2.2.5白车身试制3
2.2.6涂装喷漆3
2.2.7整车装配与调试3
3样车试制主要工艺应用4
3.1白车身快速成形和快速模具4
3.1.1白车身简介4
3.1.2快速样件开发的一般流程4
3.1.3白车身快速模具制造工艺5
3.2快速成形和快速模具技术在样车试制中的应用6
3.2.1快速成形技术6
3.2.2快速模具技术7
3.2.3基于快速模具的快速冲压件制造7
4我国汽车产品试制产业现状与发展10
4.1我国汽车产品试制产业的发展环境10
4.2我国汽车产品试制产业现状11
4.3我国汽车产品试制产业趋势12
5结语13
参考文献14
致谢15
1样车试制简介
1.1样车试制定义
样车（PrototypeVehicle），就是汽车生产厂家在开发新车型过程中制造的样品车。
样车试制就是通过制造样品车，对新车型进行各种评价和性能试验和改进。
当汽车外型的整体设计和车身零部件设计基本完成之后，开发商要根据设计数据进行少量的样车试制，通过试验评价找出样车的不足然后改进设计，接着制作下一版本样车。
一般需经过几轮的样车试制和试验，新车型才能定性投产。
样车又分为概念车、验证车、和试验用车三种。
1.2样车试制目的
（1）通过实际加工制造，验证和改进加工工艺，保证精度和降低成本；
（2）通过试验和改进设计，保证量产车的各个部件以及整车性能和可靠性；
（3）通过样车展示，试探市场和消费者反应，为量产后的宣传和销售策略提供有用参考，规避市场风险[1]。
1.3样车试制意义
样车试制是新车型开发过程中不可或缺的一个环节，也是花费汽车厂商成本（资金成本和时间成本）很大的环节，一般一个新车型的开发需要试制上百辆制样车，单台试制样车的价值一般是量产车价格的10倍以上。
只有经过多轮的样车试制和试验，改进设计和工艺，才能保证最终量产车型的设计最优、尺寸合理、质量合格和成本最低化，才能为正确的市场决策提供依据。
2样车试制主要流程
2.1顶层设计注意事项
样车制作是汽车样车试制的关键环节，样车制作是汽车样车试制的关键环节。
由于国内汽车开发一般是在较成熟的底盘系统上进行的，底盘系统基本是在尺寸上有所改变，开发重点是车身，个别项目同时开发发动机，因此在样车制作上，应重点考虑以下几个方面：
（1）设置试制部门，明确职责；
（2）设置试制岗位，明确岗位标准和胜任要求。
比如，针对部分钣金快速样件的冲压、白车身焊接、喷漆及整车装配调试等工作岗位，明确岗位要求和检查考核标准等；
（3）提高数字化设计手段。
运用大量的三维数字化制作模型、夹具、快速样件等数字化设计手段，可大大缩短了样车制作得周期，确保样车质量与设计数据的一致性，准确地验证设计方案；
（4）自主研发与借助外力相结合。
在产品开发模式上，国内汽车企业应秉承自主开发为主，外部资源为辅的理念，使新产品开发与样车试制越来越向着新、优、廉与短、平、快的特点发展，结合自己的产品开发特点和资源，通过自主建设、自行发展，同时引进、消化摸索，形成了一套符合自身特点和技术工艺实力的样车试制模式。
2.2样车制作关键流程
2.2.1MULECAR的制作
在开发样车制造前，为了模拟和验证车辆的某一方面（一般是底盘或动力总成的布置或某些性能）以及汽车最初的性能数据采集，而制造的实物样车——MULECAR。
它实际是车辆的模型状态，主要用于验证零部件总布置方案、试验整车基本性能、发动机机仓热负荷等。
同时为后期零部件开发设计提供实车依据，但与真正的产品样车还有很大差异。
2.2.2PFM（总布置验证模型）的制作
PFM的制作要求既美观又精准。
如：
表面加工特征（如圆角、特征棱线等）与数据一致、各种形状的孔位精度符合要求+/-0.3mm、0~500mm的尺寸范围内的加工极限偏差为+/-0.40mm；模型外表面要铺设装饰板美化、喷漆，骨架不能外露等等，基本上属于数字化的产品模型。
2.2.3油泥模型的制作
根据CAS数据进行模型骨架结构设计并焊接成型，在骨架基础上粘接泡沫利用五轴过切加工，涂覆油泥后进行精加工，然后，美工师在铣出来的模型上修改，反复几次这样的修改过程，直到达到设计师的要求为止。
一般油泥模型包括外饰油泥模型、内饰油泥模型及附件。
包括：
材料选用、骨架设计及焊接、泡沫粘接、过切编程及加工、油泥涂覆、油泥精加工、胎架（底盘），成型精修、车轮车轴及附件的制作和色彩（喷漆）处理等过程，最终设计方案是以A级曲面数模的形式发布。
2.2.4校验模型的制作
校验模型制作的关键是柔性、可替换，精度高，各零部件实物均能以实车状态装到模型上，每一可拆卸模型与主体骨架采用定位销与螺钉连接，加工装配表面光顺、间隙均匀化定义模型尺寸误差皆小于0.35mm（缝隙基准精度小于0.02mm）。
2.2.5白车身试制
为避免白车身焊接产生的飞溅和磁场响，应选用带有焊接参数记忆卡、IQR（intelligentqualityregulator）阻控制功能的中频焊接设备，有效地消除焊接设备对三坐标的影响。
在焊接夹具方面，考虑适应多车型互换测量空间等因素，在分总成上选择了柔性很强的CAR-BENCH夹具（国内首家），总拼工位提出框架及平台开在切换车型时，主体不用加工，仅加工支撑高了夹具制造效率，节约成本。
2.2.6涂装喷漆具有整车喷涂、油泥模型整车喷涂、非金属样件皮纹漆喷涂能力。
2.2.7整车装配与调试
样车装配的主要工作内容如下[2]：
（1）根据样车试制计划制定样车装配计划；
（2）编制样车装配工艺流程及装配工艺卡；
（3）物流系统准备；
（4）工装、工具准备；
（5）装配前培训；
（6）按计划及工艺要求装配；
（7）整车调试检查；
（8）交车。
3样车试制主要工艺应用
3.1白车身快速成形和快速模具
3.1.1白车身简介
白车身（BodyinWhite）是指完成焊接但未涂装之前的车身，不包括四门两盖等运动件。
涂装后的白车身加上内外饰（包括仪表板、座椅、风挡玻璃、地毯、内饰护板等）和电子电器系统（音响、线束、开关等），再加上底盘系统（包括制动、悬架系统等），再加上动力总成系统（包括发动机、变速箱等）就组成了整车。
3.1.2快速样件开发的一般流程
图1为样车覆盖件试制一般流程。
图1样车覆盖件试制一般流程
当白车身数据相对稳定、工艺验证阶段的开发数据下发到试制部门后，试制部门将根据正式模具分包情况对铸造模此类长周期零件进行快速模具的开发。
因为产品数据中的小尺寸零件在批量生产中是要开发钢板模具的，而正式钢板模具的开发周期与快速模具的开发周期基本一致，即3～4个月，为节约成本，将对快速模具及正式钢板模具并行开发。
快速模具冲压件开发清单确认后，按照零件重要性、材料及加工难易程度将零件分为外表面件、高强度钢板件、结构件等，以便于确定快速模具材质以及对冲压件供应商进行分包。
目前，白车身快速样件基本采用的是整车或全部铸造模具冲压件的开发。
样件按照在整车中的作用、质量要求及制造难易程度，按梯次分配给不同的供应商，这样可以大大减少制造成本，避免不必要的浪费，但给供应商的管理带来一定的挑战。
供应商确定之后，要制定样件的工艺方案，对供应商进行项目进度跟踪，并对样件制作过程中发现的问题及时反馈。
样件在提样之前最重要的工作就是制件检测，只有达到技术要求的制件才可以发货到主机厂，不合格制件则要求厂家限期整改。
随后便是样件到货后的装车匹配与验证，这个过程需要各部门全程跟踪、及时反馈，争取以最快速度完成数据的完善更新[3]。
3.1.3白车身快速模具制造工艺
目前，国内供应商的大件快速模具材质仍是铸铁。
而韩国、日本以及一些合资供应商出于节约成本、资源重复利用等方面的考虑，在非高强钢板的快速模具制造上大部分采用的是锌铝合金（ZAS），高强钢板以及重要的外表面制件仍使用铸铁制造。
对于一般零件，只开发一序简易成形模具，其模具结构与正式模具一样，包括凸模、凹模、拉延筋、压边圈或压料板等，但取消或简化了导向机构、安全机构。
为减小模具高度，制作统一的互换式垫板[4]（如图2）。
图2车内门板模具
3.2快速成形和快速模具技术在样车试制中的应用
3.2.1快速成形技术
快速成形制造技术（RP&M）将传统的“去除”加工法（由毛坯切去多余材料形成零件）改为“加工法”（将材料逐层堆积形成零件），其工艺过程分为前处理、叠层制造及后处理3个阶段，如图3所示。
图3快速成形原理
首先由3D造型软件输出STL数据格式，然后用切片软件沿成形的高度方向，每隔一定的间隔进行切片处理，以便提取界面的轮廓。
间隔的大小根据被成形件精度和生产率的要求来选定，间隔愈小，精度愈高，但成形时间愈长。
间隔的范围在0.1mm左右，在此取值下，能得到比较光滑的成形曲面。
叠层制造的过程因各种成形工艺的不同而有较大的差异。
典型的RP工艺有：
熔融沉积造型、光固化立体造型、选择性激光烧结、分层物件制造等。
为了使零件在表面状况或机械强度等具备某些功能性需求，保证其尺寸稳定性、精度等的要求，需要对其进行相应的后处理。
对于具有最终使用性功能要求的原型制件，通常采取渗树脂的方法对其进行强化；而用作熔模铸造型芯的制件，通过渗蜡来提高表面光洁度。
另外，若存在原型件表面不够光滑，其曲面上存在因分层制造引起的小台阶，以及因STL格式化而可能造成的小缺陷；原型的薄壁和某些小特征结构（如孤立的小柱、薄筋）可能强度、刚度不足；原型的某些尺寸、形状还不够精确；制件表面的颜色可能不符合产品的要求等问题时，通常需要采用修整、打磨、抛光和表面涂覆等后处理工艺[5]。
3.2.2快速模具技术
快速模具是一种利用快速原型作为母模来翻制模具，从而生产实际产品的一种工艺，该工艺与传统的数控加工模具方法相比，制作周期和费用都降低1/3～1/10。
基于快速成形的快速模具制造方法一般分为直接法和间接法两大类，直接法由于制造过程中材料发生较大收缩且不易控制，难以快速得到高精度的模具。
目前快速模具多采用间接法制模，根据材质不同，模具一般分为软质模具、软硬结合模具和硬质模具。
软质模具所用材料一般为硅橡胶，如道康宁T-4和TLR-306硅橡胶，二者的材料性能如表1所示。
表1道康宁T-4和TLR-306硅橡胶性能比较
材料
黏度（MPa∙s）
断面伸长率
撕裂强度（KN∙m）
T-4
35000
400%
27
TLR-306
52000
518%
17.82
软硬结合模具实在软质模具基础上增加一层20mm厚的环氧树脂复合材料，这层复合材料能起到降低软模厚度、易于开模、防止软模变形和增加模具整体强度、延长模具使用寿命的作用[6]。
3.2.3基于快速模具的快速冲压件制造
图4是快速样件制作的一般工艺流程。
样件利用快速模具完成拉深工序后，通过激光切割、手工修缮及制件检测完成整个样件的制作。
图4快速样件制作工艺的一般流程
（1）激光切割。
激光切割机的精度可以达到0.2mm，完全满足样车试制的要求。
对于现代CAD/CAM制造技术来说，样件的激光切割精度就更加依赖其定位支架的制作工艺。
定位支架分为油泥固定和数模截面线定位两种形式。
油泥式固定支架（如图5）：
在油泥未凝固前，由拉延件型面确定出固定形状。
因油泥符合实际制件型面，定位相对稳定。
但容易偏离数模原始状态，且不易发现差别。
图5油泥式固定支架
截面线式定位支架（如图6）：
在数模中截取断面线导入激光切割程序，用厚钢板进行截面制作，再按照坐标参数组合成定位支架。
因截面严格遵照产品数模加工，如拉延件不符数据，较容易发现漏洞，可以及时调节整改，但有定位不稳现象。
图6界面线式定位支架
一般来说，拉深后的制件不一定与数据完全符合，因此激光切割的过程通常采用自动编
程与手动编程相结合的方法来达到料边与孔位的柔性调整。
先对拉延件进行2~3台份的划线非透切调试，调试过程中需检测边线和孔位与特征线的距离，通过手工编程对部分区域进行调整，最后再进行完整的切割工作。
（2）手工修缮。
激光切割完成后，需要对板件进行手工修缮，一般会利用一些专业工具对成形困难的部位进行特殊处理。
完善工作全凭工人经验。
（3）制件检测。
因为样车试制阶段的数据状态并不具备开发正式检具的条件，那么在签订技术协议时，主机厂会要求供应商对重要的车身覆盖件开发简易检具，其他制件采用凸模划线的方式对制件进行检测。
试制样件的精度要求相对于量产模具的标准要低些（如表2），但不会因为制作工艺不同、制造周期迅速而丧失了产品验证的作用，一般包括孔、线、面、曲率半径、翻边及角度等检测项目。
按照目前供应商的制造水平，韩国、日本等国外供应商基本可以达到85%以上制件符合率，国内厂家精度相对较低，在70%~80%。
表2快速样件检测标准
类型公差要求（mm）
一般位置精度±1.0
直径0+0.2
孔
孔位±0.2~±0.5
基准面间的位置差
面
+0.1
0
A面及其它±0.5~±1.5
线A面特征线及其它±0.2~±1.0
4我国汽车产品试制产业现状与发展
4.1我国汽车产品试制产业的发展环境
汽车产业是现代工业发展的重要支柱，中国汽车业2010年迎来改革开放三十二周年。
在这三十二年间，中国汽车企业与跨国公司以合资的模式合作，不仅促进了中国汽车工业飞速发展，更为中国汽车企业带来先进技术和管理经验。
合作共赢，和谐发展仍将是中国汽车工业新时期的发展方针。
改革开放之后的中国汽车工业发生了翻天覆地变化。
1978年，中国全年共生产汽车14
万辆，生产轿车2650辆，汽车生产总值大概60亿。
2007年，中国共生产汽车888万辆，
其中轿车大概490万辆，汽车工业总产值已经超过了2万亿。
中国汽车工业已经成为对外开放的典范。
在中国市场上，中国品牌和外国品牌的汽车产品共存共赢，互相促进。
在响应建设创新型国家的号召下，中国汽车工业的自主创新取得重大进步，其中中国品牌也有了飞跃性发展。
越来越多的消费者，正在享受汽车产品带来的高品质生活。
我国汽车市场产销从每年200万辆发展到2000万辆，火热高增长已经难以为续，2014年我国汽车销售增速降至近两年新低。
据中国报告大厅发布的汽车行业分析及市场研究报告显示，多年来不断扩容的汽车保有量却促使汽车后市场驶入野蛮生长期，特别是当下的互联网消费习惯，将会加快中国汽车后市场的成长步伐。
12月10日，中国汽车工业协会发布
（以下简称中汽协）11月我国汽车工业运行情况。
11月份汽车产销形势总体稳定，环比和同比均略有增长，增幅较前10月继续呈小幅回落。
中汽协统计显示，11月汽车销量达209.09万辆，环比增长5.21%，同比增长2.30%。
今年前11月汽车销量为2107.91万辆，同比增长6.14%。
其中，在商用车领域，11月客车产销保持增长，货车有所下降。
11月，乘用车销量177.53万辆，环比增长3.89%，同比增长4.66%。
前11月，乘用车销量1763.97万辆，同比增长9.22%。
在乘用车的各细分市场中，MPV和SUV保持较快的增长。
其中，11月MPV销售20.08万辆，环比增长8.92%，同比增长42.88%，增幅位居乘用车各细分市场的第一位；SUV销售41.46万辆，环比增长7.06%，同比增长37.64%。
值得注意的是，在乘用车领域，与去年同期相比，今年11月轿车的产量下降了4.73%，销量依然达到107.43万辆，占据乘用车总销量的60.51%。
乘用车市场的疲软导致厂商和经销商库存压力增大。
据统计，2014年国产汽车库存比较高，这应该引起全行业的警惕。
到目前（2015）为止，今年大约增加了35万辆库存，增幅达30%，这一增幅远超汽车销量的整体增幅。
不过，市场增长放缓，经销商面临压力是正常现象。
按照中汽协的预测，“2015年汽车的产销总量增幅将和GDP的增幅差不多，在7%左右。
”也就是说，增幅相对2014年将进一步下降[8]。
4.2我国汽车产品试制产业现状
当前，我国汽车产品试制的主体是受委托的设计公司、整车企业内部试制车间或其试制试验基地和参与同步开发的零部件供应商（主要是内外饰方面），专门从事汽车产品试制的企业很少。
根据签订的合同，决定汽车设计公司参不参与产品试制，假如进行样车或是车身设计而不参与试制的话，项目成果通常是油泥模型或者制作出一个样品来。
汽车设计公司的业务以汽车设计为主，产品试制为辅，不过它们的业务范围一般都包括了从市场调查、整车设计、到样车试制以及随后的试验和投产服务等。
专业从事汽车产品试制的工作流程切入点在于汽车设计公司和整车企业开发部门。
在汽车产品试制过程中，设计公司、整车企业全盘主持试制和装配工作等整个进程，也可能将部分试制工作分包给外面公司及对外采购零部件。
据估计，目前国内已经拥有100多家本土汽车设计公司，和几十家国外著名汽车设计公司在我国开设的分公司。
我国本土汽车产品设计大多处在模仿抄袭、逆向设计阶段，车身局部、内外饰件和零部件的试制相对简单（这通常是车型改进需要做的工作），对他们来说不是个问题，存在较大困难的是样车试制和车身试制。
国外著名汽车设计公司如意大利四大汽车设计公司经验丰富，技术先进，样车试制和整个车身试制对他们来说不成问题。
当前在我国，汽车产品试制公司很少，据我们所知，仅有苏州雪樱、芜湖普泰、天津华庆等几家。
随着国外汽车试制公司的进入如日本三立、韩国DAEJIN产业（大真产业）公司和本土资本进入，专门从事汽车试制的企业会逐渐增多[7]。
汽车产品试制没有从产品设计链分离出来。
汽车产品试制绝大部分由受委托的设计公司、整车企业内部试制车间或者零部件供应商完成。
专门从事汽车试制的公司才开始出现，数量很少。
目前在我国，汽车产品试制产业初显要独立分离开来的苗头。
现有的几家汽车产品试制公司是我国汽车产品试制产业第一批“吃螃蟹”的企业，当前它们的工厂试制设备相对简陋，制造工艺较简单，主要是凭借有一支手工技能高超，又熟悉汽车车身制造的技工队伍支撑，已先后为国内的整车企业成功完成了新产品试制。
汽车设计公司的试制车间技术含量较高；零部件供应商参与试制的话，通常是与主机厂同步开发的另一种表现，是试制其专业生产的零部件产品，专业化程度较高。
可以说，目前我国汽车产品试制产业尚不存在竞争，因为专门从事汽车产品试制的企业很少。
汽车产品试制存在的竞争，是为数很少的几家专业试制企业与汽车设计公司、参与开发的零部件供应商之间存在的竞争。
由于零部件供应商参与开发试制工作更多会涉及零部件采购供应链的问题，我们对试制企业与零部件供应商之间存在的竞争不作分析。
专业试制企业和整车企业试制车间做的事情是相同的，但是两者可以说构不成竞争关系，更多的是合作关系。
从目前情况来看，专业试制企业与汽车设计公司存在竞争关系，同时也存在合作协调关系，试制企业参与甚至是接揽汽车设计公司的汽车产品试制工作，汽车设计公司是试制企业的上游客户。
我们估计这种局面会在较长时间维持下去。
4.3我国汽车产品试制产业趋势
随着我国汽车市场推出新车型和改进车型增多，越来越多的产品试制可能会外包出去，最后根据社会分工的需要，汽车设计公司和整车企业开发部可能会逐步把汽车产品试制这一环节分离出来，把更多精力投入到产品设计当中。
这样，我国汽车产品试制产业有可能会形成并发展起来。
在国外，已经有较多成熟的专门提供样车试制服务的公司（如日本三立、英国Envisagegroup）。
不过由于设计与试制之间需要衔接的数据参数庞大以及设计的机密性，汽车产品试制未来一段时间能否作为一个较为独立和明确的产业出现，尚有一定的不可预测性。
很大的可能是：
我国汽车产品试制产业的主体由设计公司、整车企业内部和专门从事产品试制的企业组成，三方联合合作试制会是未来几年的发展趋势。
国外独资和合资的试制企业将占据绝大部分中高端汽车产品试制的市场份额。
但无论如何，可以肯定的是，汽车产品试制在我国未来十几年具有广阔的市场。
5结语
样车试制是新车型开发过程中不可或缺的一个环节，在样车试制时，要注意多方面进行考虑。
样车试制的主要工艺有白车身快速成形、快速成形（RP）技术和快速模具（RT）技术，其中快速成形和快速模具都给样车试制带来了便利。
当前在我国，汽车产品试制公司还很少。
随着我国车企推出新车型和改进车型增多，以及社会分工的细化，可以推断在将来，我国会陆续涌现多种相关产业。
但由于设计和试制之间庞大的数据衔接和设计的机密性，这个产业要发展壮大还有很长的路要走。
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