汽車車身設(shè)計與制造工藝技術(shù)實踐探討

葉明禮 劉新奇

摘 要：汽車的組成主要有三大部分，即車身、發(fā)動機和地盤。車身既是駕駛?cè)藛T的工作地，也可以容納貨物或者乘客，是汽車最主要的骨架結(jié)構(gòu)。在汽車車身的開發(fā)和研制過程中，研發(fā)與制造系統(tǒng)的同步工程的協(xié)調(diào)，制造系統(tǒng)內(nèi)部各專業(yè)同步工程的協(xié)調(diào)，直接關(guān)系著汽車的開發(fā)周期、質(zhì)量、成本、生產(chǎn)效率，以及市場銷量。

關(guān)鍵詞：汽車車身;設(shè)計;制造

1.車身設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新研究

在車身設(shè)計技術(shù)研究中，傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)已經(jīng)不再適應(yīng)新型汽車設(shè)計要求效率與質(zhì)量。因此我們針對傳統(tǒng)技術(shù)特點，開展了新型設(shè)計技術(shù)發(fā)展研究。在實際的設(shè)計過程在其主要過程包括了以下環(huán)節(jié)。

1.1車身計算機建模設(shè)計技術(shù)應(yīng)用隨著計算機應(yīng)用以及三維模型技術(shù)的發(fā)展，為車身建模技術(shù)創(chuàng)新提供了發(fā)展機遇。利用計算機三維模型技術(shù)進行車身建模，其工作效率與質(zhì)量有了很大提升?，F(xiàn)在汽車設(shè)計中我們常用的建模軟件是CAD/CATIA復(fù)合建模軟件系統(tǒng)。這一技術(shù)的建模過程包括了以下步驟（1）根據(jù)目標與數(shù)據(jù)形成三維視圖。這一過程就是將車身設(shè)計需要完成的目標以及車體形狀、車門、車窗等各類建木所需數(shù)據(jù)輸入軟件系統(tǒng)，進而形成三維圖像的過程。之后再根據(jù)三維視圖展現(xiàn)出的車體效果進行設(shè)計修改（2）建模成功。在三維視圖基礎(chǔ)上，操作人員使用CAD/ CATIA 繪圖軟件建模功將三維模型組成三維立體模型。（3）模型數(shù)據(jù)測試。CAD/CATIA 類軟件一般都具有運動和應(yīng)力的分析與校核測試工作，進而可以針對數(shù)據(jù)形成校核參考數(shù)據(jù)，為設(shè)計數(shù)據(jù)質(zhì)量提升提供支持。（4）最終完成建模過程并發(fā)布數(shù)據(jù)。建模人員將校核檢查數(shù)據(jù)內(nèi)容進行分析，進而通過軟件操作對模型進行修改，即可形成最終模型數(shù)據(jù)。最后建模人員將數(shù)據(jù)凍結(jié)，并最終發(fā)布。

1.2車身設(shè)計應(yīng)考慮的問題在模型設(shè)計過程中，技術(shù)人員需要考慮的問題較為復(fù)雜。

我們將這些屬性內(nèi)容進行匯總分析，將其概括為以下幾點。一是生產(chǎn)性能，即車身在生產(chǎn)過程中利于生產(chǎn)操作、質(zhì)量控制、成本控制的開展，同時為汽車上路后的維護、修理、零件更換等工作的開展。二是使用性能，即根據(jù)汽車設(shè)計用途（跑車、客車、越野等）、乘客使用性能、適應(yīng)公路條件等使用性能進行設(shè)計。三是汽車的安全與可靠性，確保汽車行駛中駕駛者與公共交通安全。四是經(jīng)濟與環(huán)保，確保汽車在行駛中用油耗能與其他（如電力）動力耗能的降低，在提高駕駛者經(jīng)濟效益的同時，提高汽車環(huán)保性能。五是車身內(nèi)外飾裝飾情況。即根據(jù)車身的內(nèi)外結(jié)構(gòu)以及行駛特點，確定汽車顏色、體型、流線性、雨刷等構(gòu)件以及內(nèi)部裝飾情況等內(nèi)容。

2.汽車車身制造技術(shù)

2.1 采用先進的車身制造工藝

2.1.1 提高模具設(shè)計質(zhì)量

模具設(shè)計質(zhì)量與整車開發(fā)周期及車身質(zhì)量之間有著直接緊密的關(guān)聯(lián)。一般來講，對于成功的模具設(shè)計而言，其基礎(chǔ)保障在于計算機輔助手段的應(yīng)用。汽車車身模具設(shè)計主要從工藝及結(jié)構(gòu)兩方面入手，在工藝設(shè)計中，首先要分析產(chǎn)品圖及相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上確定整形模與成形模的關(guān)系、拉延筋位置及數(shù)量、工藝補充面、沖壓方向等相關(guān)工藝參數(shù)，從而使零件沖壓時產(chǎn)生的表面損傷、起皺、拉裂、回彈、壓邊力等問題得到有效解決。

目前，我國的車身模具設(shè)計已形成了一套規(guī)范的操作體系，以確定的工藝參數(shù)為依據(jù)來決定模具部件的相關(guān)參數(shù)。此外，利用計算機輔助設(shè)計手段，有助于更好的預(yù)測，增強模具設(shè)計工作的精密性，有效避免后期模具制造過程中的手工修正。

2.1.2 改進車身組裝工藝

鋼板是汽車車身零件的主要構(gòu)成材料，因而傳統(tǒng)的車身組裝大都會采取點焊工藝。但隨著科技的進步，鋁合金已逐步應(yīng)用到車身材料中，此時點焊工藝已不再適合，基于這一點，汽車制造企業(yè)開始應(yīng)用一些新的車身組裝工藝，比如溶融焊接、機械聯(lián)接、壓接、摩擦攪拌聯(lián)接等。實踐證明，這些新型組裝工藝能夠產(chǎn)生與點焊工藝相當甚至高于點焊工藝的聯(lián)接強度，車身組裝效果良好。

以機械聯(lián)接工藝下的自穿鉚接工藝為例，該工藝能夠?qū)Σ馁|(zhì)不同的金屬板件進行聯(lián)接，而且不會對零件表面產(chǎn)生任何破壞，作業(yè)環(huán)境好，能夠產(chǎn)生較高的聯(lián)接強度，不會產(chǎn)生熱輻射、火焰及飛濺的火花;

當然，該工藝也存在一些缺陷及不足之處，比如對設(shè)備專業(yè)性要求較高、聯(lián)接件表面不平整、鉚釘尾部比零件表面高、鉚釘輸送不方便等問題。

2.1.3 加強車身表面分塊的合理化

合理的車身分塊對車身質(zhì)量的影響也是非常大的。條件允許的情況下，盡可能選用大體積甚至一體化的零件。

現(xiàn)階段，汽車整體頂蓋以及整體側(cè)圍在車身制造過程中都得到了普遍的應(yīng)用，所謂整體側(cè)圍是集成了傳統(tǒng)意義上分散制造的A、B、C柱，門檻、頂蓋邊梁及后翼子板，實現(xiàn)了零件的一體化。而對于車身其它部位的零件，也應(yīng)盡量采取一體化的設(shè)計方式。相比分塊組裝工藝，一體化結(jié)構(gòu)的零件設(shè)計與組裝工藝能夠節(jié)省設(shè)計圖紙與相關(guān)費用成本、提高車身焊裝尺寸及表面精度、提高管理效率，確保汽車車身質(zhì)量得到有效的控制。

2.1.4 完善車身本體組裝工藝

現(xiàn)階段，我國大多數(shù)汽車制造業(yè)的車身焊裝線已實現(xiàn)全自動的運作模式，線上全部作業(yè)由機器人來操作，這種運作模式提高了作業(yè)效率及質(zhì)量，提高了生產(chǎn)的安全性。特別是結(jié)合在線激光檢測系統(tǒng)，能夠顯著提高車身焊接的速度與精度，從而實現(xiàn)對車身制造質(zhì)量的有效控制。

此外，隨著科技的快速發(fā)展，電動工具會逐步取代原有的氣動工具，相比氣動工具，電動工具噪音污染小，而且電動工具受計算機系統(tǒng)的控制，能夠?qū)崟r動態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)線作業(yè)狀況，提高車身組裝的準確率，從而使車身制造質(zhì)量得到有效保障。

2.2 應(yīng)用以持續(xù)提高質(zhì)量為中心思想的“2 mm”工程

一般來講，化工、電子、機械等領(lǐng)域內(nèi)涉及到的任意一項工藝的過程監(jiān)控都可以采用工程過程控制法及統(tǒng)計過程控制法。其中，工程過程控制原理是設(shè)定一個檢測量及控制界限，當檢測量超越恒定的控制界限時系統(tǒng)就會發(fā)出報警信息。比如，汽車車身上的測點結(jié)果在固定的公差范圍之外時，車身系統(tǒng)就會發(fā)出報警提示。而統(tǒng)計過程控制原理是以檢測量歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)對當前控制界限進行計算，以此來判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)。比如，以汽車車身測點歷史測量數(shù)據(jù)為依據(jù)繪制相應(yīng)的控制圖，以此查看系統(tǒng)狀態(tài)。通常情況下，這兩類過程控制法能夠發(fā)揮明顯的功效，但是汽車車身制造工藝復(fù)雜程度極高，往往會產(chǎn)生上百個車身零件過程監(jiān)測點，在很大程度上增加了車身制造過程狀態(tài)判定的難度。

基于此，上海通用結(jié)合車身制造特點，在汲取兩類過程控制法優(yōu)勢的基礎(chǔ)之上提出了“2 mm”工程過程控制方法，并取得了顯著的應(yīng)用效果。

“2 mm”工程的中心思想是車身尺寸質(zhì)量的持續(xù)改善，它要求車身尺寸關(guān)鍵測點的波動范圍在2 mm以內(nèi)，該技術(shù)主要利用關(guān)鍵測點（單個測點及整車測點）的6 σ值來評定車身尺寸的質(zhì)量，而且從持續(xù)質(zhì)量改進指數(shù)的曲線圖中可看出車身尺寸質(zhì)量的變化趨勢。

一般來講，車身測點數(shù)據(jù)的采集工作是由三坐標測量機負責完成的，但由于我國一些車企硬件設(shè)施條件受限，無法開展頻次較高的采樣作業(yè)，因此，對于車身尺寸質(zhì)量穩(wěn)定性評價工作而言，統(tǒng)計過程控制方法并不適合。

目前，我國車身制造車間內(nèi)的車身尺寸質(zhì)量評價方法及指標主要是“2 mm”工程。實踐證明，“2 mm”工程的應(yīng)用有助于車身制造過程中尺寸質(zhì)量問題的發(fā)現(xiàn)及改進，實現(xiàn)了車身制造過程中良好的質(zhì)量控制。

參考文獻：

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