當代汽車車身設計及制造工藝新技術

李思青

就目前來看，私家車數(shù)量是一個不小的數(shù)字，接近市場飽和，這也就意味著汽車行業(yè)面臨更大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)汽車行業(yè)要向更低油耗，更環(huán)保，更經濟，更美觀等方向轉型，最終達到滿足消費者需求，刺激消費和保持汽車市場穩(wěn)定發(fā)展的目的。這就需要行業(yè)者與時俱進，提高設計思維敏感性，引入先進的設計理念，運用先進制造技術，改良車身架構，優(yōu)化產品性能，降低制造成本。在這樣的情況下，車身作為汽車的四個總成之一，發(fā)揮著非常重要的作用。車身除了給消費者第一直觀感受，刺激著消費者繼續(xù)了解和購買的欲望外，其合理的造型對汽車整體性能的提升有著不可忽視的作用。因此，對汽車車身的設計技術、方法以及對制造工藝新技術的研究以及運用顯得尤為重要，應為汽車開發(fā)過程中的工作重點。

汽車車身設計技術

汽車車身設計開發(fā)流程。新車車身的設計開發(fā)流程基本上是根據(jù)不同的工作節(jié)點來進行劃分的，大致分為以下幾點：車身總布置—概念草圖—內外飾效果圖制作及審核—油泥模型制作—風洞試驗—油泥模型評審—數(shù)據(jù)采集—車身表面數(shù)據(jù)制作—驗證模型制作及評審—結構設計、數(shù)模制作—車身結構校核、分析—沖壓模具開發(fā)—檢具開發(fā)—焊裝設備開發(fā)—組裝樣車—廠內調試—SOP。不同類型的車型，在進行單個流程時方法和標準存在一定的差異，因此，開發(fā)流程最終要根據(jù)所生產的車型進行專業(yè)的制定。

汽車車身設計中新材料的選擇。在汽車的制造中，我們主張用最低的成本、最輕的重量和最少的工藝投入量來獲得最高的安全性、NVH、耐久性及最完備的功能。這就需要相關人員在材料的選擇及結構的設計上有一定的改進。隨著不可再生資源的日益減少，汽車的輕量化受到人們越來越多的關注。輕量化的實現(xiàn)要在材料和結構兩個方面進行改進。以材料為例，采用高強板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼材，在降低材料質量的同時又增強了車身的碰撞性能和耐久性能。例如IF鋼板、IS強度鋼板、BH強度鋼板、軟鋼板及涵磷鋼板等一系列新材料常用在汽車車門上，來達到輕量化的目的。為了達到所需要的安全性能、力學性能以及各種工作性能，在零部件材料的選擇上有以下幾種新系列：MS系列、HSLA系列、PHS系列等。除此之外還有輕質材料，如塑料、碳纖維、鋁鎂合金、玻璃增強材料、結構發(fā)泡材料等，應用在車身的構造中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材，實現(xiàn)汽車輕量化。

汽車車身外形設計方法

所謂車身外形設計，指的是通過計算機輔助軟件或者手工繪制等方法，對汽車的理想形狀進行表達，以達到配合車體實現(xiàn)汽車各方面要求的一種設計。汽車車身造型作為一個非常有力的競爭手段，吸引消費者的眼球，刺激消費者的購買欲望，在汽車銷售領域占有極高的地位，也決定著對應車型在市場上的生存命運。在進行汽車外形設計時，相關設計人員不僅要具備良好的專業(yè)力學知識和繪圖技能，例如空氣力學，材料力學，機械制圖學等，還要具有一定的藝術素養(yǎng)，這對顏色的搭配選擇，結構的設計，整體視覺效果的表達有著必要的作用。

車身設計基本原則

車身外形設計的精髓在于，利用科學和藝術手段，將汽車的結構、工藝、性能及材料等直觀合理的表現(xiàn)出來。車身設計要求在實現(xiàn)汽車基本功能的前提下，汽車車身造型要盡可能的優(yōu)美，并且在車身結構上要給予消費者最大的舒適感和安全感。在整車外形的展現(xiàn)上，在具有一定的流線型的前提下，還要緊跟時代的潮流。傳統(tǒng)的外形設計方法是利用坐標網(wǎng)格紙來表達，由于其存在一定的局限性，因此會借助三維數(shù)字模擬，實物模擬等方式來進行表達。相關人員在設計時，無論是覆蓋面還是零部件，都要符合精度要求，具有較高的配合度，才會使呈現(xiàn)出來的汽車車身曲面光滑平順，比較協(xié)調。

車身外形設計現(xiàn)代方法

制作效果圖。在進行效果圖的制作時，通常工作人員有兩種選擇：計算機輔助軟件制作和手工繪制。工作人員借助計算機輔助軟件進行繪圖時，將相關的車身數(shù)據(jù)輸入會迅速地得到相應的數(shù)字化模型，車型外觀展現(xiàn)十分直觀，并且在進行設計改動時也十分快捷方便。現(xiàn)如今，手工繪制相對來講更普遍一些。先通過手工制圖，將車身外形進行繪制，再制作主模型與縮比例模型，最后通過掃描的方法，將模型數(shù)據(jù)導入計算機中。手工繪制雖然流程多一些，但是其更能準確地表現(xiàn)設計者的設計理念和想法。

共享汽車車身模型。將制作好的車身模型在各個車身協(xié)作部門之間共享，在保證大家工作基礎一致的前提下，各部門還可以通過計算機輔助軟件實時進行線上更改，并實現(xiàn)各部門數(shù)據(jù)同步。在車身數(shù)字模型共享的基礎上，相關人員可以借助catia軟件進行輔助修改。以classA表面為例，必須滿足的要求是相鄰曲面間的間隙應在0.005mm以下，甚至有些車廠要求到0.001mm；切率改變在0.16度以下；曲率改變在0.005度以下。classA的評價標準為曲面是否滿足汽車車身所需的制造要求，是否具有整體性、協(xié)調性、連續(xù)性，內部質量的好壞，曲面與車身結構是否相符等。當不滿足以上要求或不符合以上標準時，各部門可根據(jù)文件標準規(guī)定進行修改，節(jié)省各部門之間相互通知的時間，有效的縮短車身外形設計周期。

制造工藝新技術

新成型技術

內部高壓成型技術。內部高壓成型也叫液壓成型或液力成型，是一種利用液體作為成型介質，通過控制內壓力和材料流動來達到成型中空零件目的的材料成型工藝。其原理是通過內部加壓和軸向加力補料把管胚壓入到磨具型腔使其成型為所需要的工件。要注意的是，對于以軸線為曲線的零件，需要先把管坯預彎成接近零件得形狀，隨后再進行加壓成型。與以往的沖壓焊接相比，其優(yōu)點是節(jié)約材料（材料利用率高達95%～98%），使汽車輕量化（一般結構件可減重20%～30%，軸類零件可減重30%～50%），提高構件的強度與剛度。此外，由于其生產出來的產品質量好，設計靈活多樣，工藝過程簡單便捷，生產效率大大提高，生產過程綠色環(huán)保，受到了廣泛的應用。

熱成型技術。熱成型技術是一種成型精度非常高的工藝技術，其一次沖壓成型工藝相對冷沖壓多次成型工藝來講，過程相對簡單：下料—加熱—沖壓成型—冷卻—開模。熱成型工藝的關鍵之處在于模具的設計和生產過程中的工藝設計。除了過程相對簡單以外，由于熱成型技術所需要的零部件材料強度高，因此無需高強板，而且所使用的模具少，所以熱成型技術更具有經濟性。熱成型技術在汽車車身的應用中越來越多，目前多用于車門防撞板、前后保險杠、A/B柱、中央通道、上下防火板等。因為這項技術比較特殊，所以要求工作人員在實際操作過程中要嚴格遵守操作標準。

新焊接技術？

等離子焊接技術。等離子焊接技術指的是通過產生高強度的等離子束，將所需焊接的材料進行熔焊的焊接技術。在焊接過程中，在噴嘴的外層生成弧狀層，從而降低噴嘴周圍產生的熱應力。主要應用在不銹鋼薄板、鋁材、鋼材、鍍鋅板、鋼等材料間的焊接，例如在奧迪A4中就應用此技術。等離子焊接技術不僅使焊接部位更加牢固，焊接表面也更加平順美觀。在提高生產效率的同時，又能方便后期的維護與修理，大大降低了生產周期和勞動成本。

氣體保護焊接技術。氣體保護焊接技術是利用氣體作為電弧介質并保護電弧和焊接區(qū)的電弧焊。氣體保護焊通常根據(jù)電極是否熔化和保護氣體不同分為非熔化極惰性氣體保護焊和熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊又分為：惰性氣體保護焊、氧化性混合氣體保護焊、CO2氣體保護焊、管狀焊絲氣體保護焊等。以CO2氣體保護焊為例，其作為一種高效的氣體保護焊接方式，由于其耗費成本低和操作過程變形小，受到了廣泛的應用。但是氣體保護焊接技術也存在一定的弊端，比如當氣體保護焊電流密度大、弧光強、溫度高時，會在高溫電弧和強烈的紫外線作用下產生高濃度的有害氣體，因此，在實際操作過程中，工作人員應該注意開窗通風，注意操作安全。

綜上所述，通過對汽車車身設計技術、方法及制造工藝新技術的研究可以看出，在未來的汽車領域，新材料、新技術對汽車的發(fā)展起著至關重要的作用。因此，在汽車的發(fā)展過程中，要與時俱進，吸納高新技術人才，善于運用現(xiàn)代化高新技術，促進汽車的發(fā)展更符合人們的要求，同時也幫助汽車行業(yè)在未來可以得到更好的發(fā)展。

（作者單位：河北農業(yè)大學海洋學院）