汽車車身設(shè)計(jì)與制造工藝研究

熊禮明

（湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410082）

當(dāng)前汽車行業(yè)已逐漸呈飽和趨勢(shì)，需通過(guò)新型技術(shù)和新型材料提升汽車的整體性能。工作人員在對(duì)汽車車身設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)依據(jù)其使用環(huán)境對(duì)車身進(jìn)行分類加工，通過(guò)對(duì)車身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，采用新型材料對(duì)車身進(jìn)行加工，提升車身的整體性能，依據(jù)成形技術(shù)和焊接技術(shù)提升汽車車身的穩(wěn)定性。在對(duì)車身進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將節(jié)能環(huán)保的理念滲透到加工工藝中，使汽車車身性能得到優(yōu)化。

1 汽車車身設(shè)計(jì)問(wèn)題探析

當(dāng)前汽車作為人們出行的重要工具，技術(shù)的發(fā)展可提升汽車的性能。在對(duì)汽車車身進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從多方面對(duì)問(wèn)題進(jìn)行考慮。首先應(yīng)對(duì)其生產(chǎn)性能進(jìn)行分析，在對(duì)車身加工生產(chǎn)過(guò)程中，以其操控性、質(zhì)量性和經(jīng)濟(jì)性作為主要目標(biāo)，進(jìn)行對(duì)車身工藝的設(shè)計(jì)。其次應(yīng)對(duì)使用性能進(jìn)行分析，依據(jù)車身的實(shí)際使用途徑進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，其包括客車、家用轎車、越野車等，并以形式道路作為輔助參考。再次對(duì)汽車安全性能進(jìn)行分析，為乘客提供安全保障。最后以經(jīng)濟(jì)環(huán)保為理念，使汽車具有節(jié)能環(huán)保等特性，提升乘客資源利用率。車身的設(shè)計(jì)是不僅可為客戶提供安全服務(wù)，還可依據(jù)其流線型的設(shè)置減少行駛過(guò)程中受到的空氣阻力，減小汽車的能源消耗。

2 汽車車身設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

（1）汽車車身的設(shè)計(jì)流程。汽車車身設(shè)計(jì)首先需要依據(jù)對(duì)車型的定義，如原車型平臺(tái)，人機(jī)工程，造型風(fēng)格等確認(rèn)設(shè)計(jì)硬點(diǎn)，對(duì)車型的基本元素進(jìn)行確立。其次利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行平面乃至立體的外觀、內(nèi)飾模型構(gòu)建，油泥模型加工、評(píng)審，反復(fù)迭代直到風(fēng)格達(dá)成一致，對(duì)造型A面進(jìn)行凍結(jié)。隨后通過(guò)對(duì)車身關(guān)鍵部位進(jìn)行斷面的2D結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)及斷面力學(xué)分析，進(jìn)行性能對(duì)比、迭代，確立關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)參數(shù)。再依據(jù)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)和造型A面形成初版的車身3D數(shù)據(jù)。

初版的車身3D數(shù)據(jù)還只是一個(gè)中間結(jié)果，接下來(lái)需要通過(guò)結(jié)構(gòu)、力學(xué)、安全、NVH等一系列的標(biāo)準(zhǔn)要求或邊界條件分析、校核驗(yàn)證，確保產(chǎn)品的性能、安全指標(biāo)符合市場(chǎng)定義要求，最終才能定型車輛的3D數(shù)據(jù)模型。當(dāng)然這個(gè)設(shè)計(jì)校驗(yàn)的環(huán)節(jié)中少不了對(duì)沖壓、焊接、裝配、涂裝四大工藝的可行性和效率優(yōu)化，以保障汽車能夠順利、高效的生產(chǎn)制造。

（2）汽車車身新形材料的應(yīng)用。對(duì)車身整體設(shè)計(jì)流程進(jìn)行分析后，應(yīng)對(duì)車身構(gòu)成材料進(jìn)行研究。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車車身結(jié)構(gòu)技術(shù)已趨于成熟，因此在對(duì)車身進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，應(yīng)采取新型材料來(lái)完善車身整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)前汽車在發(fā)展過(guò)車中，其整體性能的高低不僅取決于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其車身整體結(jié)構(gòu)和車身材料也占據(jù)重要位置，通過(guò)對(duì)新型材料的應(yīng)用，可提升汽車車身的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)IF鋼板、軟性鋼板、涵磷性鋼板等新新材料的引用可使優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行對(duì)車身進(jìn)行焊接時(shí)，需考慮焊接點(diǎn)的連接情況，為乘客提供安全保障，同時(shí)對(duì)汽車的外觀進(jìn)行優(yōu)化。

在選取零部件材料時(shí)，應(yīng)對(duì)汽車車門、橫梁、ABC柱梁、保險(xiǎn)杠、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)蓋等進(jìn)行選取。首先應(yīng)要求其具有高性能動(dòng)態(tài)力學(xué)特性，使其具有較高的可延展性和剛性，其次應(yīng)具備可焊性，在對(duì)材料進(jìn)行焊接時(shí)，易于焊接接點(diǎn)的形成，使其可進(jìn)行穩(wěn)定連接，最后應(yīng)具備高靜態(tài)力學(xué)特性，增加汽車車身整體結(jié)構(gòu)的可靠性。通過(guò)對(duì)零部件材料的選擇，經(jīng)過(guò)加工工藝的制作，可提升車身內(nèi)部的結(jié)構(gòu)力，可對(duì)外力形成阻抗作用。在選取新型材料時(shí)，應(yīng)以MS系列、PHS系列和HSLA系列的材料進(jìn)行選取。

（3）汽車車身的結(jié)構(gòu)組成。汽車車身一般由下車體、前艙、側(cè)圍、頂蓋及門蓋等總成組成，車門在整體車身中占比較大，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以新結(jié)構(gòu)和新型材料對(duì)其進(jìn)行減重。當(dāng)前汽車車門的主要結(jié)構(gòu)一般為橫架梁結(jié)構(gòu)，并配備強(qiáng)度較高的鋼板、鋁合金和其他硬性材料來(lái)對(duì)車門形成減重，以高強(qiáng)度鋁合金車門為例，其主要由外層鋁合金板、內(nèi)層鋁合金板和框架組成。車身受到的荷載力大部分由車身框架承擔(dān)，因此可提升整體框架的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其受到外力撞擊時(shí)，框架可將外來(lái)沖擊力進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳導(dǎo)，并進(jìn)行沖擊力進(jìn)行吸收。在對(duì)車門進(jìn)行安裝時(shí)，可通過(guò)其組裝結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行模塊化生產(chǎn)，提升工作效率。在對(duì)車門進(jìn)行安裝時(shí)，因其安裝工工藝較為簡(jiǎn)便，可在車門整體框架安裝完畢后進(jìn)行安裝，工作人員在對(duì)進(jìn)行優(yōu)化，可有效提升車門結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。工作人員在進(jìn)行安裝時(shí)，應(yīng)考慮其車門整體受力環(huán)境，當(dāng)其受到外力撞擊時(shí)，車門的內(nèi)外板不作為沖擊力承接點(diǎn)，車門框架是承接外來(lái)沖擊力的主要部位，通過(guò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定力可抵消相應(yīng)的沖擊力。在對(duì)車身進(jìn)行制造時(shí)，車門可選用新型材料進(jìn)行加工，減輕車門的內(nèi)板和外板的重量，達(dá)到整體車身的減重。通過(guò)對(duì)新材料進(jìn)行后期裝配和減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提升工作效率，降低制造成本，當(dāng)車門發(fā)生部分損毀時(shí)，工作人員可對(duì)其進(jìn)行內(nèi)外板的更換，以模塊的替換方式，減小維修費(fèi)用，可提升汽車的使用價(jià)值。

3 汽車車身制造工藝研究

（1）成形技術(shù)。在對(duì)汽車進(jìn)行加工時(shí)采取系統(tǒng)內(nèi)高壓成形技術(shù)和熱成形技術(shù)對(duì)車身進(jìn)行加工。內(nèi)高壓成形技術(shù)屬于液壓成形工藝中的一種，其與沖壓工藝相比，可減輕重量、減少模具數(shù)量、減少零部件數(shù)量，并可提升材料的剛性和強(qiáng)度等，在經(jīng)濟(jì)方面也具有一定優(yōu)勢(shì)。通過(guò)此技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)車身內(nèi)部進(jìn)行加壓，并可對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)料與加力，通過(guò)將原料進(jìn)行加工，以壓縮工藝將其填充到模具內(nèi)部，當(dāng)模具內(nèi)部被材料填滿時(shí)，可通過(guò)恒壓模式對(duì)其繼續(xù)施壓，通過(guò)壓力值的測(cè)定，使其材料達(dá)到最大飽和度，按照模型的形狀可得到相應(yīng)的零部件，并提升其整體性能。傳統(tǒng)的加工技術(shù)在進(jìn)行對(duì)空心變截面零件進(jìn)行加工時(shí)，一般對(duì)其進(jìn)行分半式加工，先加工成兩個(gè)半片，依據(jù)焊接技術(shù)對(duì)其進(jìn)行焊點(diǎn)加工，使其構(gòu)成一個(gè)整體，使用內(nèi)高壓成形技術(shù)可對(duì)空心式結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行整體成型，可提升工作效率。當(dāng)前汽車車身內(nèi)部零件以內(nèi)高壓成形技術(shù)進(jìn)行加工時(shí)，主要包括副車架、底盤(pán)構(gòu)架、車身整體框架、車身散熱支架等。

熱成形技術(shù)可為板質(zhì)材料提供恒溫場(chǎng)所并可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)板質(zhì)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)力發(fā)生變化時(shí)，依據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化可進(jìn)行反饋，使板質(zhì)材料所受的熱應(yīng)力進(jìn)行改變，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性形成恒量控制，通過(guò)此技術(shù)可將板質(zhì)材料和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行融合，使其結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）焊接技術(shù)。在對(duì)車身各零部件進(jìn)行焊接時(shí)，依據(jù)材料和特性的不同，一般由等離子焊接技術(shù)、氣護(hù)焊接技術(shù)和激光焊接技術(shù)等，對(duì)車身進(jìn)行焊接式組裝。等離子焊接技術(shù)通過(guò)對(duì)等離子電弧的小孔穿透能力的使用，可對(duì)材料進(jìn)行精確加工，在進(jìn)行對(duì)材料焊接時(shí)，其焊接孔位依據(jù)等離子電弧的移動(dòng)，對(duì)路徑進(jìn)行封閉式處理，可有效防止材料發(fā)生形變。在進(jìn)行使用過(guò)程中，可提升焊接的韌性，通過(guò)無(wú)差別焊接工藝可降低焊接表面的形變，保持其美化度，減小二次處理的工藝，提升其工作效率。氣護(hù)焊接技術(shù)將氣體作為電弧傳播的介質(zhì)，并對(duì)焊接區(qū)域和電弧焊形成相應(yīng)的保護(hù)。在進(jìn)行工作過(guò)程中，一般選取性價(jià)比較高的CO2氣體作為氣體保護(hù)，可減低工作成本，提升工作效率。激光焊接技術(shù)作為熔融焊接技術(shù)的一種，其以激光束為主要能源，作用于車身表面，使金屬材質(zhì)進(jìn)行熔化，通過(guò)冷卻結(jié)晶與車身相融合，其具有速度快，作用范圍小等優(yōu)點(diǎn)，可提升工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)汽車車身設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)中，以整體框架和結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)，采用新形材料對(duì)其進(jìn)行生產(chǎn)加工，提升車身的整體性能。在對(duì)車身進(jìn)行技術(shù)加工時(shí)，采取內(nèi)高壓成形技術(shù)、熱成形技術(shù)完成汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)的加工，通過(guò)等離子焊接技術(shù)、激光焊接技術(shù)和氣護(hù)焊接技術(shù)可使零部件與車身進(jìn)行穩(wěn)定銜接，提升車身的堅(jiān)固性。在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)提升技術(shù)的優(yōu)化和對(duì)新型材料的探索，使汽車發(fā)展技術(shù)得到優(yōu)化，提升汽車的整體質(zhì)量。