汽車車身設計與制造工藝技術實踐探討

葉明禮 劉新奇

摘 要：汽車的組成主要有三大部分，即車身、發動機和地盤。車身既是駕駛人員的工作地，也可以容納貨物或者乘客，是汽車最主要的骨架結構。在汽車車身的開發和研制過程中，研發與制造系統的同步工程的協調，制造系統內部各專業同步工程的協調，直接關系著汽車的開發周期、質量、成本、生產效率，以及市場銷量。

關鍵詞：汽車車身;設計;制造

1.車身設計技術創新研究

在車身設計技術研究中，傳統的設計技術已經不再適應新型汽車設計要求效率與質量。因此我們針對傳統技術特點，開展了新型設計技術發展研究。在實際的設計過程在其主要過程包括了以下環節。

1.1車身計算機建模設計技術應用隨著計算機應用以及三維模型技術的發展，為車身建模技術創新提供了發展機遇。利用計算機三維模型技術進行車身建模，其工作效率與質量有了很大提升。現在汽車設計中我們常用的建模軟件是CAD/CATIA復合建模軟件系統。這一技術的建模過程包括了以下步驟（1）根據目標與數據形成三維視圖。這一過程就是將車身設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據輸入軟件系統，進而形成三維圖像的過程。之后再根據三維視圖展現出的車體效果進行設計修改（2）建模成功。在三維視圖基礎上，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）模型數據測試。CAD/CATIA 類軟件一般都具有運動和應力的分析與校核測試工作，進而可以針對數據形成校核參考數據，為設計數據質量提升提供支持。（4）最終完成建模過程并發布數據。建模人員將校核檢查數據內容進行分析，進而通過軟件操作對模型進行修改，即可形成最終模型數據。最后建模人員將數據凍結，并最終發布。

1.2車身設計應考慮的問題在模型設計過程中，技術人員需要考慮的問題較為復雜。

我們將這些屬性內容進行匯總分析，將其概括為以下幾點。一是生產性能，即車身在生產過程中利于生產操作、質量控制、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，即根據汽車設計用途（跑車、客車、越野等）、乘客使用性能、適應公路條件等使用性能進行設計。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。四是經濟與環保，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，在提高駕駛者經濟效益的同時，提高汽車環保性能。五是車身內外飾裝飾情況。即根據車身的內外結構以及行駛特點，確定汽車顏色、體型、流線性、雨刷等構件以及內部裝飾情況等內容。

2.汽車車身制造技術

2.1 采用先進的車身制造工藝

2.1.1 提高模具設計質量

模具設計質量與整車開發周期及車身質量之間有著直接緊密的關聯。一般來講，對于成功的模具設計而言，其基礎保障在于計算機輔助手段的應用。汽車車身模具設計主要從工藝及結構兩方面入手，在工藝設計中，首先要分析產品圖及相應的數學模型，在此基礎上確定整形模與成形模的關系、拉延筋位置及數量、工藝補充面、沖壓方向等相關工藝參數，從而使零件沖壓時產生的表面損傷、起皺、拉裂、回彈、壓邊力等問題得到有效解決。

目前，我國的車身模具設計已形成了一套規范的操作體系，以確定的工藝參數為依據來決定模具部件的相關參數。此外，利用計算機輔助設計手段，有助于更好的預測，增強模具設計工作的精密性，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成材料，因而傳統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，汽車制造企業開始應用一些新的車身組裝工藝，比如溶融焊接、機械聯接、壓接、摩擦攪拌聯接等。實踐證明，這些新型組裝工藝能夠產生與點焊工藝相當甚至高于點焊工藝的聯接強度，車身組裝效果良好。

以機械聯接工藝下的自穿鉚接工藝為例，該工藝能夠對材質不同的金屬板件進行聯接，而且不會對零件表面產生任何破壞，作業環境好，能夠產生較高的聯接強度，不會產生熱輻射、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，比如對設備專業性要求較高、聯接件表面不平整、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。

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

2.1.4 完善車身本體組裝工藝

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

此外，隨著科技的快速發展，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的控制，能夠實時動態監控生產線作業狀況，提高車身組裝的準確率，從而使車身制造質量得到有效保障。

2.2 應用以持續提高質量為中心思想的“2 mm”工程

一般來講，化工、電子、機械等領域內涉及到的任意一項工藝的過程監控都可以采用工程過程控制法及統計過程控制法。其中，工程過程控制原理是設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就會發出報警信息。比如，汽車車身上的測點結果在固定的公差范圍之外時，車身系統就會發出報警提示。而統計過程控制原理是以檢測量歷史數據為依據對當前控制界限進行計算，以此來判斷系統的運行狀態。比如，以汽車車身測點歷史測量數據為依據繪制相應的控制圖，以此查看系統狀態。通常情況下，這兩類過程控制法能夠發揮明顯的功效，但是汽車車身制造工藝復雜程度極高，往往會產生上百個車身零件過程監測點，在很大程度上增加了車身制造過程狀態判定的難度。

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

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

一般來講，車身測點數據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施條件受限，無法開展頻次較高的采樣作業，因此，對于車身尺寸質量穩定性評價工作而言，統計過程控制方法并不適合。

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

參考文獻：

[1] 林忠欽，金隼，王皓，等.復雜產品制造精度控制的數字化方法及其發展 趨勢[J].機械工程學報，2013，（6）.

[2] 王宇翔，李珊珊，宋曉萌，等.淺談汽車制造精度控制的數字化方法[J].科 學與財富，2014，（3）.