淺談汽車車身設計與制造工藝新技術

樂雪勝，孫東洋，劉明

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淺談汽車車身設計與制造工藝新技術

樂雪勝，孫東洋，劉明

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

汽車車身的設計與制造是汽車生產中的重要環節，也是汽車生產新技術研究的主要內容。文章主要闡述了汽車車身相關設計方法及新工藝的應用，希望對車身相關從業人員予以借鑒參考。

車身；設計；新技術

前言

低碳環保、安全節能、智能化、輕量化是汽車行業發展趨勢，車身設計開發與制造是整車開發重要組成部分。隨著中國汽車保有量的不斷增加，汽車增速逐漸放緩，更新換代周期越來越短，汽車市場的競爭也越來越激烈，如何提高車身的設計及制造水平，提升產品競爭力是當前研究的熱點。

1 汽車車身設計技術

1.1 車身的設計開發流程

當前主流汽車廠商通常將整車開發過程分為多個閥門進行管控，并對每個閥門制定了通過原則，以確保每個階段開發活動滿足要求，可以進入到下一個階段。全新整車設計開發一般分為預研立項階段、概念設計階段、詳細設計階段、設計驗證階段、生產認證與量產階段。每個閥門點都有相應的核心工作和通過原則，只有滿足相應的要求，才能進入下一個閥點。各個開發階段相互交叉、同步進行，通過項目管理團隊對整車開發質量、成本、進度進行協調管控。車身設計開發是整車開發的一個重要組成部分，遵循整車開發流程并貫穿整車開發的全過程。

1.2 車身平臺化模塊化

隨著汽車行業競爭加劇以及消費者對汽車品質要求的不斷提高，各大汽車廠商推出新車型的速度不斷加快。車身平臺化、模塊化開發的運用，不但可以大幅縮短研發的周期、降低開發成本，提升規模效益，而且可以有效降低技術風險、提高產品可靠性。基于新的平臺發展規劃策略，豐田、大眾、通用、日產等主流汽車企業越來越多的新車型逐步上市，增強了市場競爭力并取得了良好的經濟效益。國內自主品牌也從早期的完全逆向開發逐漸進入到正向開發階段，并開始重視并加大平臺化研究。

1.3 車身新結構新材料的運用

（1）車身新結構

車身概念設計階段通常會根據總布置和造型進行主體架構的設計構想，再進行詳細結構設計。概念設計階段運用先進的仿真分析方法，不需要詳細的3D幾何模型就可構建前期概念有限元模型，進行大量有較大差異的方案分析并逐漸優化，按照先整體后局部的設計思路，在概念設計階段確定車身整體框架結構。通過大量典型的閉環結構應用并配合接頭的優化設計使整個車身框架構成一個整體，載荷的傳遞更順暢更直接，可以大大提高車身彎扭剛度，疲勞耐久和碰撞性能。

（2）車身新材料

汽車車身用鋼通常分為低碳鋼（LSS）、普通高強度鋼（HSS）、先進高強度鋼（AHSS）、超高強度鋼（UHSS）和熱成型鋼（PHS）五類，其中以相變強化為主的鋼板統稱為先進高強度鋼板，通常強度范圍為500-1500MPa，具有輕質、碰撞性、疲勞強度和成型性能好等優勢，在白車身輕量化設計中廣泛應用[1]。汽車用鋼中AHSS所占得比例逐漸上升，世界各國正致力于第三代 AHSS 的研究與開發。目前，主要應用于汽車的車身底板、行李架、車門內板等部件上AHSS有高強度IF鋼、DP鋼等。應用于保險杠、前/后縱梁、底板/頂蓋橫梁、車門防撞梁、門檻、ABC柱等部件上的AHSS有DP鋼、CP鋼、TRIP鋼、馬氏體鋼等。

鋁合金材料在國外以及國內新能源車身中已獲得廣泛的應用。主要用于覆蓋件（如發動機罩蓋、車門、地板面板等）和結構件（如前后保險杠橫梁、減振塔、前后縱梁、門檻梁等）。由于綜合成本因素以及鋁合金在成形性、力學性能、焊接性能上存在的問題，目前國內傳統燃油車車身仍然以鋼制為主。隨著鋁合金技術的發展，更多高性能低成本鋁合金將不斷取代鋼材，應用于車身設計。

非金屬材料，如工程塑料、復合材料等廣泛應用于車身設計中。工程塑料較多應用在汽車外覆蓋件上，如翼子板、車門內板等。復合材料具有密度小、設計靈活、易成形、耐腐蝕等優勢，并且能夠達到和金屬材料相近的性能，在車身加強件、發動機罩蓋、后背門、后防撞梁等部件上獲得應用。

2 制造工藝的新技術

2.1 新成形技術

（1）內高壓成型技術

內高壓成形工藝屬于液力成形技術范疇，其工作原理是通過內部加壓和軸向加力補料，把管狀坯料壓人到模具型腔，使其形成各種所需零部件[2]。與傳統沖焊零件相比，內高壓成型具有材料利用率高、減少零件數量、提高強度與剛度等優點。理論上，所有帶腔體的車身結構件都可以采用內高壓成型技術。據統計，北美生產的車輛中有50%的結構件采用內高壓成形技術。

（2）熱成型技術

與冷沖壓相比，熱成形過程中板料是在紅熱狀態下沖壓成形的。先將常溫下強度為500～600MPa的硼合金鋼板送入加熱爐內加熱到880～950℃，使之奧氏體化，然后送入內部帶有冷卻管道的沖壓模具上沖壓成形，在成形同時由模具表面將鋼板冷卻、淬火，使之發生相變，把奧氏體轉變成馬氏體，零件強度可以達到1500MPa，可廣泛用于A柱、B柱、C柱、車門防撞梁等安全結構件。近年來，熱成型技術得到進一步發展，可在傳統熱成型零件基礎上設置軟區，在設定的軟區位置獲得較低的剛度和硬度，可改善碰撞性能和連接性能，避免碰撞時焊點開裂。

2.2 新連接技術

（1）等離子焊接技術

等離子焊接技術是通過產生高強度等離子束針對材料進行特殊的熔化，并且隨著等離子弧的推進關閉待焊接的孔，從而有效地減少變形。其主要優點是：提高焊接韌性和強度，避免了焊接變形，車身表面更加美觀，提高生產效率，有效降低設備的日常維護費用。

（2）膠接技術

膠接技術是通過膠粘劑與被連接件之間的化學反應或物理凝固等作用將材料連接在一起，采用膠接技術可以實現良好的抗疲勞性、隔音性和減振性。對于多材料混合車身，目前多采用機械連接+結構膠的形式，如結構膠+FDS、結構膠+SPR、結構膠+鋁點焊，可以隔絕異種金屬接觸從而避免電化學腐蝕，因此在鋁合金及鋼鋁混合車身上具有明顯的優越性。

（3）激光焊接技術

激光焊接技術是將高強度激光束焊接到鋼板表面，以促進兩者之間的作用，使金屬通過激光熔化和結晶冷卻的焊接。激光焊接的顯著特點是焊接速度快，形成深而窄、熱影響區小的焊縫。焊接一致性、穩定性好，一般不添加填充金屬和焊劑，并能實現部分異種材料的焊接。光束易于控制，焊接定位精確易于實現自動化。

3 結語

綜上所述，汽車車身新技術的研究，主要可分為汽車車身設計技術和制造工藝技術這兩個方面。隨著整車開發流程的不斷改善，仿真分析方法的不斷創新提升，以及新的工藝技術突破，車身平臺化模塊化是大勢所趨，先進高強鋼、鋁合金、復合材料的使用將會越來越普及，高性能車身開發周期將會越來越短。

[1] 王小川,孫琦,秦信武.白車身新材料應用及制造工藝發展研究[J].汽車工藝與材料,2015（3）:10-15.

[2] 王磊,師德欽,李國亮.汽車車身設計及制造工藝新技術研究.河南省汽車工程科學技術研討會.2013（01）.

New Technology of Vehicle Body Design and Manufacturing

Le Xuesheng, Sun Dongyang, Liu Ming

( Guangzhou Automobile Group Co., Ltd.. Automobile Engineering Research Institute, Guangdong Guangzhou 511434 )

The design and manufacture of automobile body is an important link in automobile production, and is also the main content of new technology research in automobile production. This paper mainly elaborates the automobile body rela -ted design method and the application of new technology, hoping to provide reference for the automobile body related practitioners.

car body; design; new technology

U466

A

1671-7988(2019)07-121-02

樂雪勝，就職于廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院。

U466

A

1671-7988(2019)07-121-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.040