汽車車身設計與制造工藝技術實踐探析

樸成男

摘要：汽車車身不僅關系到車輛整體的舒適性、安全性、美觀性，在節能環保大趨勢下，也關系到整個行業的低碳環保工作成效。為了從設計以及制造環節減少能耗，一批新興的車身設計和制造工藝技術脫穎而出，為汽車行業的可持續發展提供了強勁的助力。本文將對一些列新技術進行討論，以期為生產實踐提供一定的參考。

關鍵詞：汽車車身;設計;制造工藝;新技術

隨著經濟的發展，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，整個行業的競爭態勢十分激烈。與此同時，在新能源汽車以及環境保護壓力下，新車車身的設計和制造已經不能僅限于滿足安全性和舒適性，節能減排也是當下以及未來汽車制造行業謀求生存和發展必須要迎接的挑戰。

1 汽車車身設計技術

1.1 新車車身設計創新

在計算機技術以及三維模型技術的支持下，車身建模技術得以開發，相比傳統設計，建模技術效率和質量都更高。常用建模軟件為CAD/CATLA復合建模軟件系統。其流動如下：第一步，基于目標與數據的三維視圖圖像構建（將目標、車體形狀、車門等數據輸入軟件），以及細節修改。第二步，三維視圖基礎上形成三維立體模型。第三步，模型數據測試（運動與應力分析與核對）。第四步，完成建模并發布數據。針對檢校后的數據進行模型修改形成最終成果，凍結數據并發布。

需要注意的事項包括：1.生產性能，方便進行生產操作;質量以及成本控制;路上維護修理等工作。2.使用性能，即根據用途與性能需求進行設計。3.安全性與可靠性。4.經濟與環保，即降低汽車行駛油耗及其他動力能耗，提高駕駛者經濟效益與汽車環保性能。5.車內裝飾，即保證車身顏色、體型、流線等構件以及內部裝飾與內外結構和行駛特點的統一。

1.2 車身結構新材料的運用

（1）新材料的運用。車門方面：由于車門的蓋車身附件結構技術相對成熟，優化空間有限，因此想要全面提升車門質量還有從新材料的充分利用著手，最終實現降低重量的要求。可用的新材料包括：IF鋼板、軟鋼板、含磷鋼板以及IS強度鋼板等等。其中寶馬E60車門外板采用的是BH強度鋼板，可以有效地替代車身強度。車身骨架結構安全性構件：這些安全性構件包括車門防撞桿，頂蓋橫梁、ABC柱、前后縱梁以及前后保險杠等等。這些安全構件復雜程度不一同時焊接較多且復雜，要滿足的條件標準較高：第一要滿足相對更高的靜態力學性能。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力學性能。這幾方面的要求是為了規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，它們在車身中的結合性都很好。

（2）新結構的運用。新車車身結構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、側圍外板組成，統稱為四門兩蓋。以車門為例，要從結構上實現車重的減輕，可以從兩個方面著手。方法一，改變車身結構，方法二，減少車門內部零件的數量。當前新型車門結構主要采用具有較高強度的鋁合金材料或者鋼板以及其他材料的組合來達到減重目的。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，車門強度大，受外部沖擊時由框架和防撞桿進行沖擊力吸收。模塊化結構車門由內外板構成，方便生產。內外板不是用于承載，受外部沖擊時，是由車身框架來承擔外力的。模塊化車門結構的優點在于，可以減少車門內部零件的使用。同時，內外板可適用輕質新型材料進行生產，減重效果較好，同時也更利于裝配和生產制造，提升效率，降低成本費用。受損需要更換時也更方便。

2 制造工藝的新技術

2.1 新成形技術

（1）內部高壓成形技術：該技術脫胎于液力成形技術，其作用機制主要是通過采取內部加壓以及對軸向外補料以及加壓操作，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，該項技術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行制造，因而成形后的零部件并非是全封閉式。且生產與研發成本較高。汽車上，其他內高壓成形零件包括：散熱支架、車身框架、底盤構架、副車架等等。該技術的應用優勢在于可減少零件變形情況，提高截面密閉性，減少耗材，有效降低生產成本同時提升質量。

（2）熱成形技術。該技術的作用原理在于板材材料上具有不同的溫度區間，一旦板材的力學性能發生變化，則板材的應力場也產生相應的變化，并且將變化返回到溫度區間。可以說，該技術是通過板材內部溫度和應力的相互作用過程來實現的。該技術可以保證零部件的形態不產生偏離，因而成為汽車零件制造的基礎。其優勢顯而易見，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，若材料穩定性和承壓能力產生變化，則受壓產生變化，溫度區間也會不穩定。因此操作標準更為嚴格，需要特別小心謹慎。

2.2 新焊接技術

（1）等離子焊接技術。等離子焊接技術是利用高強度的等離子束對材料表明進行特殊融化，從而改變結構、待狀態穩定后，進行拼接的一種技術。該技術的優點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，焊接的強韌度增加，車體表面效果更加完美，生產效率高，設備的日常維護簡單，成本低廉。防腐性高于傳統焊接方法。效率更高。其應用還未得到推廣，目前只在國產奧迪車上得以應用。

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

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

3 結語

綜上所述，汽車車身設計與制造工藝在市場競爭激烈、環保和能源壓力大的外部環境中，想要獲得持續的發展動力，必然要進行優化節能減排工藝的探索和實踐，從而真正將技術轉變為生產力和競爭力，推動整個行業的健康發展。

參考文獻：

[1] 樂雪勝，孫東洋，劉明.淺談汽車車身設計與制造工藝新技術[J].汽車實用技術，2019（07）.

[2] 郭瓊琳.新能源汽車全塑車身設計及制造技術研究[J].現代制造技術與裝備，2018（01）.

[3] 孫文杰.汽車車身制造工藝同步工程淺析[J].內燃機與配件，2017（19）.

[4] 熊偉軍.基于新材料新結構的車身模塊化設計研究[D].湖南大學，2017.

（作者單位：東風悅達起亞汽車有限公司）