汽車車身設(shè)計(jì)及制造工藝新技術(shù)研究

陳超福

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

隨著我國汽車飽有量的不斷增大，新車型更換的周期也會(huì)越來越短，我國的汽車市場(chǎng)競(jìng)爭也是越發(fā)的激烈，現(xiàn)階段和未來的汽車工藝行業(yè)的發(fā)展面臨著來自新能源汽車和以環(huán)境保護(hù)為主的壓力，汽車工藝制造通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和思維創(chuàng)新有效的提高汽車性能以保障汽車行駛時(shí)的舒適性以及安全性為主要設(shè)計(jì)理念，有效的降低汽車油耗和減少可燃?xì)怏w的排放也是現(xiàn)代化汽車制造工藝所面臨的一大挑戰(zhàn)，提高資源利用效率加快產(chǎn)品的更換也是現(xiàn)在汽車業(yè)發(fā)展的方向。為了能達(dá)到這些要求，改良車身構(gòu)架，減輕車身自身重量，優(yōu)化車身開發(fā)和縮短車身生產(chǎn)周期以及有效的降低生產(chǎn)成本都是現(xiàn)代化汽車工藝制造業(yè)的一大挑戰(zhàn)。

2 汽車車身設(shè)計(jì)技術(shù)

2.1 新車車身的設(shè)計(jì)開發(fā)流程

新車車身的設(shè)計(jì)開發(fā)流程是根據(jù)很多項(xiàng)目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分的，我國現(xiàn)目前最主流的新車車身設(shè)計(jì)開發(fā)流程（如圖1所示）。

其需要注意的是新車車身的設(shè)計(jì)，工藝很多書籍下發(fā)指令后就需要對(duì)軟膜件焊進(jìn)行新車車身可靠性的測(cè)驗(yàn)，同時(shí)在對(duì)新車車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，要著重全面的考慮到車身的新材料以及新結(jié)構(gòu)在其中應(yīng)用。

2.2 新車車身結(jié)構(gòu)新材料的運(yùn)用

（1）新車車身新材料的運(yùn)用。由于現(xiàn)代車門的蓋車身附件結(jié)構(gòu)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，僅僅是依靠結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)車門的質(zhì)量進(jìn)行全面優(yōu)化，還不能完全達(dá)到理想的效果，其還需要通過對(duì)新材料的充分運(yùn)用，這樣才能促使車門達(dá)到減輕重量的要求。在這些新材料中其中包含了強(qiáng)度較高的IF鋼板，軟鋼板，涵磷鋼板和IS強(qiáng)度鋼板等一系列新材料。比如；寶馬E60（如圖2所示）的車身車門的外板就是運(yùn)用的BH強(qiáng)度鋼板，這一材料的應(yīng)用可以有效的替車身其自身強(qiáng)度。車身的骨架結(jié)構(gòu)中所包括的安全性構(gòu)件還包含了；車門防撞桿，頂蓋橫梁，和ABC柱，前后縱梁以及前后保險(xiǎn)杠等構(gòu)件。這些安全車身安全構(gòu)件也是在復(fù)雜程度上有所不同的，同時(shí)，對(duì)車身進(jìn)行焊接的部分也是相對(duì)較多的并且復(fù)雜，其主要目的是為了保護(hù)乘員的安全問題。這些零部件的材料應(yīng)用需要滿足一下條件；第一就是滿足相對(duì)較高的靜態(tài)力學(xué)性能，第二是滿足材料可以較好的成型和焊接的性能，第三是要滿足相對(duì)較高的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，從這幾個(gè)方面入手的話可以有效的防止其吸收能力以及入侵性。常常運(yùn)用到的材料有下面幾種；HSLA系列，MS系列，PHS系列，SAPH系列等鋼板，都能有效的結(jié)合在車身的結(jié)構(gòu)使用中。

圖1 新車車身設(shè)計(jì)開發(fā)流程圖

（2）新車車身的結(jié)構(gòu)。新車車身結(jié)構(gòu)主要可分為車身覆蓋以及車身骨架這兩個(gè)方面，其中車身覆蓋又可以被分為四門兩蓋，分別為；車身頂蓋和翼子板以及側(cè)圍的外板等等，這些零件有一些尺寸相對(duì)較大。可以以車門為例來說，介紹車身覆蓋件的新結(jié)構(gòu)。車身車門從新結(jié)構(gòu)上來說主要實(shí)現(xiàn)了減少車輛重量，減少車輛自身重量可以依靠兩種方法，一種是改變其車身結(jié)構(gòu)，第二種就是可以減少車門內(nèi)部零件的數(shù)量。現(xiàn)代化新型車的車門結(jié)構(gòu)主要是應(yīng)用了具有較高強(qiáng)度的鋁合金或者較高強(qiáng)度的鋼板以及其他材料的組合來有效的減輕車身重量，運(yùn)用模塊化（如圖3所示）或者構(gòu)架式的結(jié)構(gòu)方式來進(jìn)行制造。其中框架式的車身車門主要是由外鋼板，內(nèi)鋼板以及車身框架這三部分所組成。其中，框架需要承受整個(gè)車身車門的載荷能力，可以提升車門的強(qiáng)度，在車門受到外部力量沖擊時(shí)，主要是依靠車身框架和防撞桿對(duì)外部沖擊力進(jìn)行吸收減輕。模塊化結(jié)構(gòu)車門包含內(nèi)板和外板，這樣可以方便車門模塊化的生產(chǎn)制造。車身車門的附件可以在內(nèi)板和外板框架涂裝整改完成后進(jìn)行后續(xù)安裝。這一車門的內(nèi)板和外板都不是最主零要的承載件，同時(shí)，當(dāng)車門遭受到外部因素力量的沖擊時(shí)車身主要是依靠車身自身的框架進(jìn)行承擔(dān)外部撞擊力量，這一車身車門的結(jié)構(gòu)形式優(yōu)點(diǎn)在于，可以有效的減少車門內(nèi)部的零部件的使用，車門的內(nèi)板和外板也可以應(yīng)用較輕質(zhì)的新型材料進(jìn)行生產(chǎn)制造，可以有效的達(dá)到減輕車身重量的效果，這樣有利于車門的裝配和生產(chǎn)制造，促使生產(chǎn)制造費(fèi)用成本降低，當(dāng)車門發(fā)生損壞時(shí)，可以直接的更換受損的模塊，這樣也促使維修費(fèi)用的降低，大大的節(jié)約了資金，有效的增加汽車制造工業(yè)的經(jīng)濟(jì)的使用效率。

3 制造工藝的新技術(shù)

3.1 新成形技術(shù)

（1）內(nèi)部高壓成形技術(shù)。內(nèi)高壓成形是屬于液力成形這一范圍，這項(xiàng)新技術(shù)的運(yùn)用主要是通過對(duì)其內(nèi)部加壓以及對(duì)軸向外補(bǔ)料與加力，并且將原料壓縮到模具型腔里面，這樣就會(huì)形成所需要的各種零部件。在現(xiàn)如今，這項(xiàng)技術(shù)主要運(yùn)用在車身整體成形薄壁多與變徑管的銅管零部件。為了預(yù)防焊接過程中所造成的變形，通常運(yùn)用電焊的方式，因此最終形成的零部件也不會(huì)是全封閉式的。汽車上面的內(nèi)高壓成形零件主要包含；散熱支架，車身框架，底盤構(gòu)架，副車架等等。在一汽與哈工互相合作建立內(nèi)部高壓成形生產(chǎn)流水線，主要是應(yīng)用APT3500t內(nèi)部高壓成形設(shè)備針對(duì)汽車零部件進(jìn)行制造，應(yīng)用這種方式可以有效的降低制造成本，提升生產(chǎn)的質(zhì)量。

圖2 E60車門外板

圖3 模塊化車門

（2）熱成形技術(shù)。車身熱成形技術(shù)的主要特點(diǎn)在于板材材料上具有不變的溫度場(chǎng)，在這項(xiàng)前提下，若板材的力學(xué)性能發(fā)生了變化，就會(huì)促進(jìn)板材的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生改變，并且將這項(xiàng)變化返回到溫度場(chǎng)，因此，這項(xiàng)技術(shù)是通過板材內(nèi)部的溫度和應(yīng)力互相作用的過程。比如；大眾汽車的車型，就是將熱成形的板材運(yùn)用到前后保險(xiǎn)杠的骨架上和AB柱等重點(diǎn)汽車部位，如果發(fā)生外力沖擊，就可以降低對(duì)乘員的損害。

3.2 新焊接技術(shù)

（1）等離子焊接技術(shù)。等離子焊接技術(shù)是通過產(chǎn)生高強(qiáng)度的等離子束針對(duì)材料進(jìn)行特殊的融化，其需要焊接的孔就會(huì)伴隨著等離子弧的前移而封閉，從而有效的降低形變。這一焊接技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中一般是在大眾國產(chǎn)奧迪A4中應(yīng)用，其主要的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)是；增加焊接的強(qiáng)韌度，車體的表面更加美化，生產(chǎn)的效率提升，有效的降低了設(shè)備的日常維護(hù)成本。

（2）氣體保護(hù)焊接技術(shù)。氣體保護(hù)焊是用外架氣體作為電弧介質(zhì)并且保護(hù)焊接區(qū)與電弧的電弧焊，簡稱氣體保護(hù)焊。CO2氣體保護(hù)焊是作為一種高效的焊接方式，以其焊接變形小和焊接成本相對(duì)較低的特征，在我國汽車業(yè)中取得了廣泛的運(yùn)用。但是CO2氣體保護(hù)焊在實(shí)際應(yīng)用中還存在許多問題；以CO2氣保焊中應(yīng)用最為廣泛的短路過度形成為例，焊接電流和焊接回路電感的匹配不恰當(dāng)，或者是焊絲干的延長度不適合，都有可能造成焊接電弧的不穩(wěn)定，會(huì)影響焊接的質(zhì)量。

（3）激光焊接技術(shù)。激光焊接技術(shù)的應(yīng)用是通過將高強(qiáng)度的激光光束輻射到鋼板的表面，促使二者之間發(fā)生作用，使金屬通過激光融化冷卻后結(jié)晶形成的焊接。激光焊接技術(shù)與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，速度較快，變形小等特點(diǎn)。尤其在現(xiàn)代激光技術(shù)中采用光纖傳送技術(shù)，使得激光焊接技術(shù)應(yīng)用的范圍逐漸擴(kuò)大。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)汽車車身的設(shè)計(jì)與制造新技術(shù)的研究，主要分為兩個(gè)方面，分別是汽車車身設(shè)計(jì)技術(shù)與制造工藝技術(shù)。在對(duì)汽車車身設(shè)計(jì)技術(shù)主要是以車門為例的，對(duì)新車身的構(gòu)造和材料進(jìn)行闡述，對(duì)制造工藝新技術(shù)的成形技術(shù)與焊接技術(shù)進(jìn)行分析，使得這些新技術(shù)在汽車制造中得以運(yùn)用，促進(jìn)汽車生產(chǎn)更加符合現(xiàn)代人的需求。