汽車車身設(shè)計(jì)與制造工藝技術(shù)實(shí)踐探析

樸成男

摘要：汽車車身不僅關(guān)系到車輛整體的舒適性、安全性、美觀性，在節(jié)能環(huán)保大趨勢下，也關(guān)系到整個行業(yè)的低碳環(huán)保工作成效。為了從設(shè)計(jì)以及制造環(huán)節(jié)減少能耗，一批新興的車身設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)脫穎而出，為汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)勁的助力。本文將對一些列新技術(shù)進(jìn)行討論，以期為生產(chǎn)實(shí)踐提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：汽車車身;設(shè)計(jì);制造工藝;新技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國國民家庭汽車普及率上升，汽車市場漸趨飽和。同時，車型更換的周期越來越短，整個行業(yè)的競爭態(tài)勢十分激烈。與此同時，在新能源汽車以及環(huán)境保護(hù)壓力下，新車車身的設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)不能僅限于滿足安全性和舒適性，節(jié)能減排也是當(dāng)下以及未來汽車制造行業(yè)謀求生存和發(fā)展必須要迎接的挑戰(zhàn)。

1 汽車車身設(shè)計(jì)技術(shù)

1.1 新車車身設(shè)計(jì)創(chuàng)新

在計(jì)算機(jī)技術(shù)以及三維模型技術(shù)的支持下，車身建模技術(shù)得以開發(fā)，相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，建模技術(shù)效率和質(zhì)量都更高。常用建模軟件為CAD/CATLA復(fù)合建模軟件系統(tǒng)。其流動如下：第一步，基于目標(biāo)與數(shù)據(jù)的三維視圖圖像構(gòu)建（將目標(biāo)、車體形狀、車門等數(shù)據(jù)輸入軟件），以及細(xì)節(jié)修改。第二步，三維視圖基礎(chǔ)上形成三維立體模型。第三步，模型數(shù)據(jù)測試（運(yùn)動與應(yīng)力分析與核對）。第四步，完成建模并發(fā)布數(shù)據(jù)。針對檢校后的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型修改形成最終成果，凍結(jié)數(shù)據(jù)并發(fā)布。

需要注意的事項(xiàng)包括：1.生產(chǎn)性能，方便進(jìn)行生產(chǎn)操作;質(zhì)量以及成本控制;路上維護(hù)修理等工作。2.使用性能，即根據(jù)用途與性能需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.安全性與可靠性。4.經(jīng)濟(jì)與環(huán)保，即降低汽車行駛油耗及其他動力能耗，提高駕駛者經(jīng)濟(jì)效益與汽車環(huán)保性能。5.車內(nèi)裝飾，即保證車身顏色、體型、流線等構(gòu)件以及內(nèi)部裝飾與內(nèi)外結(jié)構(gòu)和行駛特點(diǎn)的統(tǒng)一。

1.2 車身結(jié)構(gòu)新材料的運(yùn)用

（1）新材料的運(yùn)用。車門方面：由于車門的蓋車身附件結(jié)構(gòu)技術(shù)相對成熟，優(yōu)化空間有限，因此想要全面提升車門質(zhì)量還有從新材料的充分利用著手，最終實(shí)現(xiàn)降低重量的要求。可用的新材料包括：IF鋼板、軟鋼板、含磷鋼板以及IS強(qiáng)度鋼板等等。其中寶馬E60車門外板采用的是BH強(qiáng)度鋼板，可以有效地替代車身強(qiáng)度。車身骨架結(jié)構(gòu)安全性構(gòu)件：這些安全性構(gòu)件包括車門防撞桿，頂蓋橫梁、ABC柱、前后縱梁以及前后保險杠等等。這些安全構(gòu)件復(fù)雜程度不一同時焊接較多且復(fù)雜，要滿足的條件標(biāo)準(zhǔn)較高：第一要滿足相對更高的靜態(tài)力學(xué)性能。第二要滿足較好的成型和焊接性能，第三要具備更高的動態(tài)力學(xué)性能。這幾方面的要求是為了規(guī)避其吸收能力和入侵性。常用的新材料包括：HSLA系列、MS系列、PHS系列、SAPH系列鋼板等等，它們在車身中的結(jié)合性都很好。

（2）新結(jié)構(gòu)的運(yùn)用。新車車身結(jié)構(gòu)主要是指車身覆蓋以及車身骨架兩個方面。車身覆蓋由車身頂蓋、翼子板、側(cè)圍外板組成，統(tǒng)稱為四門兩蓋。以車門為例，要從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)車重的減輕，可以從兩個方面著手。方法一，改變車身結(jié)構(gòu)，方法二，減少車門內(nèi)部零件的數(shù)量。當(dāng)前新型車門結(jié)構(gòu)主要采用具有較高強(qiáng)度的鋁合金材料或者鋼板以及其他材料的組合來達(dá)到減重目的。就制造方式而言，分為框架式和模塊化兩種。框架式車身的車門由其框架承受全部荷載能力，車門強(qiáng)度大，受外部沖擊時由框架和防撞桿進(jìn)行沖擊力吸收。模塊化結(jié)構(gòu)車門由內(nèi)外板構(gòu)成，方便生產(chǎn)。內(nèi)外板不是用于承載，受外部沖擊時，是由車身框架來承擔(dān)外力的。模塊化車門結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，可以減少車門內(nèi)部零件的使用。同時，內(nèi)外板可適用輕質(zhì)新型材料進(jìn)行生產(chǎn)，減重效果較好，同時也更利于裝配和生產(chǎn)制造，提升效率，降低成本費(fèi)用。受損需要更換時也更方便。

2 制造工藝的新技術(shù)

2.1 新成形技術(shù)

（1）內(nèi)部高壓成形技術(shù)：該技術(shù)脫胎于液力成形技術(shù)，其作用機(jī)制主要是通過采取內(nèi)部加壓以及對軸向外補(bǔ)料以及加壓操作，將原料壓縮到模具型腔里，從而形成想要的各種零部件。目前，該項(xiàng)技術(shù)主要適用于車身整體成型、薄壁多通管以及變徑管的銅管零部件制造。其缺陷是：由于通常使用電焊方式進(jìn)行制造，因而成形后的零部件并非是全封閉式。且生產(chǎn)與研發(fā)成本較高。汽車上，其他內(nèi)高壓成形零件包括：散熱支架、車身框架、底盤構(gòu)架、副車架等等。該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢在于可減少零件變形情況，提高截面密閉性，減少耗材，有效降低生產(chǎn)成本同時提升質(zhì)量。

（2）熱成形技術(shù)。該技術(shù)的作用原理在于板材材料上具有不同的溫度區(qū)間，一旦板材的力學(xué)性能發(fā)生變化，則板材的應(yīng)力場也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，并且將變化返回到溫度區(qū)間。可以說，該技術(shù)是通過板材內(nèi)部溫度和應(yīng)力的相互作用過程來實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù)可以保證零部件的形態(tài)不產(chǎn)生偏離，因而成為汽車零件制造的基礎(chǔ)。其優(yōu)勢顯而易見，可極大程度上降低零件變形的可能性。但其局限在于不能完全杜絕變形的可能性，若材料穩(wěn)定性和承壓能力產(chǎn)生變化，則受壓產(chǎn)生變化，溫度區(qū)間也會不穩(wěn)定。因此操作標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，需要特別小心謹(jǐn)慎。

2.2 新焊接技術(shù)

（1）等離子焊接技術(shù)。等離子焊接技術(shù)是利用高強(qiáng)度的等離子束對材料表明進(jìn)行特殊融化，從而改變結(jié)構(gòu)、待狀態(tài)穩(wěn)定后，進(jìn)行拼接的一種技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于需要焊接的孔會跟隨等離子弧的遷移而封閉，因此變形的可能性大大降低，焊接的強(qiáng)韌度增加，車體表面效果更加完美，生產(chǎn)效率高，設(shè)備的日常維護(hù)簡單，成本低廉。防腐性高于傳統(tǒng)焊接方法。效率更高。其應(yīng)用還未得到推廣，目前只在國產(chǎn)奧迪車上得以應(yīng)用。

（2）車身激光焊接技術(shù)。在車身制造中，激光焊接技術(shù)相比傳統(tǒng)的焊接技術(shù)可以大大提高車身的質(zhì)量和美觀程度。這是一種利用高強(qiáng)度激光光束輻射鋼板表面，使得金屬在激光作用下發(fā)生融化，冷卻最后結(jié)晶形成的焊接。其技術(shù)優(yōu)勢在于：焊接速度更快、深度更大，應(yīng)力變形小。焊接精度高、可以進(jìn)行精微控制，在難以焊接的位置效果良好。對環(huán)境的要求較小，適用性較高。可以同時進(jìn)行多光束多工位作業(yè)，效率極高。其應(yīng)用局限在于，操作精度要求高，歲技術(shù)和設(shè)備的要求相對更高。且設(shè)備成本高昂，因此該技術(shù)應(yīng)用較少，一般針對豪華車型。

（3）氣體保護(hù)焊接技術(shù)。該技術(shù)是指利用外加氣體作為電弧介質(zhì)，用來保護(hù)焊接區(qū)域電弧的電弧焊。CO2保護(hù)焊高效、成本相對低廉，因此在我國得到廣泛應(yīng)用。但該技術(shù)也有應(yīng)用局限：焊接電弧不穩(wěn)定因素多，如焊絲干的延長度不足，電感不匹配等，容易影響焊接質(zhì)量。

3 結(jié)語

綜上所述，汽車車身設(shè)計(jì)與制造工藝在市場競爭激烈、環(huán)保和能源壓力大的外部環(huán)境中，想要獲得持續(xù)的發(fā)展動力，必然要進(jìn)行優(yōu)化節(jié)能減排工藝的探索和實(shí)踐，從而真正將技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力和競爭力，推動整個行業(yè)的健康發(fā)展。

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（作者單位：東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車有限公司）