汽车研发：样车试制流程及方法！

样车（ Prototype Vehicle ），就是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、性能试验和改进等。当造型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。

一、样车试制的目的

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、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。

二、样车试制的意义

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。

三、样车试制的主要流程

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Mule Car（骡子车）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、动力总成的布置或某些性能）以及最初的性能数据采集，而制造的实物样车——Mule Car。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、发动机机舱热负荷等。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。

02

PFM（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。

03

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。

04

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0.02mm）。

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白车身（BIW）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（intelligent quality regulator ）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，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。

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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。

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整车调试与装配

样车装配的主要工作内容如下：

A、根据样车试制计划制定样车装配计划；

B、编制样车装配工艺流程及装配工艺卡；

C、物流系统准备；

D、工装、工具准备；

E、装配前培训；

F、按计划及工艺要求装配；

G、整车调试检查；

H、交车。

四、样车试制主要工艺

01

白车身快速成形和快速模具

1）白车身简介

白车身（Body in White）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。

2）快速样件开发的一般流程

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）白车身快速模具制造工艺

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。为减小模具度，制作统一的互换式垫板。

图 2 车内门板模具

02

快速成形和快速模具技术的应用

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件工艺有：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：

A、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；

B、而用作熔模铸造型芯的制件，通过渗蜡来提高表面光洁度；

C、另外，若存在以下问题，通常需要采用修整、打磨、抛光和表面涂覆等后处理工艺：

1】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；

2】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；

3】原型的某些尺寸、形状还不够精确；

4】制件表面的颜色可能不符合产品的要求等。

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。

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。

3）基于快速模具的快速冲压件制造

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 快速样件制作的一般工艺流程

A、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。

B、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。

C、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，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%。