汽车车身设计与制造工艺技术实践探析

朴成男

摘要：汽车车身不仅关系到车辆整体的舒适性、安全性、美观性，在节能环保大趋势下，也关系到整个行业的低碳环保工作成效。为了从设计以及制造环节减少能耗，一批新兴的车身设计和制造工艺技术脱颖而出，为汽车行业的可持续发展提供了强劲的助力。本文将对一些列新技术进行讨论，以期为生产实践提供一定的参考。

关键词：汽车车身;设计;制造工艺;新技术

随着经济的发展，我国国民家庭汽车普及率上升，汽车市场渐趋饱和。同时，车型更换的周期越来越短，整个行业的竞争态势十分激烈。与此同时，在新能源汽车以及环境保护压力下，新车车身的设计和制造已经不能仅限于满足安全性和舒适性，节能减排也是当下以及未来汽车制造行业谋求生存和发展必须要迎接的挑战。

1 汽车车身设计技术

1.1 新车车身设计创新

在计算机技术以及三维模型技术的支持下，车身建模技术得以开发，相比传统设计，建模技术效率和质量都更高。常用建模软件为CAD/CATLA复合建模软件系统。其流动如下：第一步，基于目标与数据的三维视图图像构建（将目标、车体形状、车门等数据输入软件），以及细节修改。第二步，三维视图基础上形成三维立体模型。第三步，模型数据测试（运动与应力分析与核对）。第四步，完成建模并发布数据。针對检校后的数据进行模型修改形成最终成果，冻结数据并发布。

需要注意的事项包括：1.生产性能，方便进行生产操作;质量以及成本控制;路上维护修理等工作。2.使用性能，即根据用途与性能需求进行设计。3.安全性与可靠性。4.经济与环保，即降低汽车行驶油耗及其他动力能耗，提高驾驶者经济效益与汽车环保性能。5.车内装饰，即保证车身颜色、体型、流线等构件以及内部装饰与内外结构和行驶特点的统一。

1.2 车身结构新材料的运用

（1）新材料的运用。车门方面：由于车门的盖车身附件结构技术相对成熟，优化空间有限，因此想要全面提升车门质量还有从新材料的充分利用着手，最终实现降低重量的要求。可用的新材料包括：IF钢板、软钢板、含磷钢板以及IS强度钢板等等。其中宝马E60车门外板采用的是BH强度钢板，可以有效地替代车身强度。车身骨架结构安全性构件：这些安全性构件包括车门防撞杆，顶盖横梁、ABC柱、前后纵梁以及前后保险杠等等。这些安全构件复杂程度不一同时焊接较多且复杂，要满足的条件标准较高：第一要满足相对更高的静态力学性能。第二要满足较好的成型和焊接性能，第三要具备更高的动态力学性能。这几方面的要求是为了规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系列钢板等等，它们在车身中的结合性都很好。

（2）新结构的运用。新车车身结构主要是指车身覆盖以及车身骨架两个方面。车身覆盖由车身顶盖、翼子板、侧围外板组成，统称为四门两盖。以车门为例，要从结构上实现车重的减轻，可以从两个方面着手。方法一，改变车身结构，方法二，减少车门内部零件的数量。当前新型车门结构主要采用具有较高强度的铝合金材料或者钢板以及其他材料的组合来达到减重目的。就制造方式而言，分为框架式和模块化两种。框架式车身的车门由其框架承受全部荷载能力，车门强度大，受外部冲击时由框架和防撞杆进行冲击力吸收。模块化结构车门由内外板构成，方便生产。内外板不是用于承载，受外部冲击时，是由车身框架来承担外力的。模块化车门结构的优点在于，可以减少车门内部零件的使用。同时，内外板可适用轻质新型材料进行生产，减重效果较好，同时也更利于装配和生产制造，提升效率，降低成本费用。受损需要更换时也更方便。

2 制造工艺的新技术

2.1 新成形技术

（1）内部高压成形技术：该技术脱胎于液力成形技术，其作用机制主要是通过采取内部加压以及对轴向外补料以及加压操作，将原料压缩到模具型腔里，从而形成想要的各种零部件。目前，该项技术主要适用于车身整体成型、薄壁多通管以及变径管的铜管零部件制造。其缺陷是：由于通常使用电焊方式进行制造，因而成形后的零部件并非是全封闭式。且生产与研发成本较高。汽车上，其他内高压成形零件包括：散热支架、车身框架、底盘构架、副车架等等。该技术的应用优势在于可减少零件变形情况，提高截面密闭性，减少耗材，有效降低生产成本同时提升质量。

（2）热成形技术。该技术的作用原理在于板材材料上具有不同的温度区间，一旦板材的力学性能发生变化，则板材的应力场也产生相应的变化，并且将变化返回到温度区间。可以说，该技术是通过板材内部温度和应力的相互作用过程来实现的。该技术可以保证零部件的形态不产生偏离，因而成为汽车零件制造的基础。其优势显而易见，可极大程度上降低零件变形的可能性。但其局限在于不能完全杜绝变形的可能性，若材料稳定性和承压能力产生变化，则受压产生变化，温度区间也会不稳定。因此操作标准更为严格，需要特别小心谨慎。

2.2 新焊接技术

（1）等离子焊接技术。等离子焊接技术是利用高强度的等离子束对材料表明进行特殊融化，从而改变结构、待状态稳定后，进行拼接的一种技术。该技术的优点在于需要焊接的孔会跟随等离子弧的迁移而封闭，因此变形的可能性大大降低，焊接的强韧度增加，车体表面效果更加完美，生产效率高，设备的日常维护简单，成本低廉。防腐性高于传统焊接方法。效率更高。其应用还未得到推广，目前只在国产奥迪车上得以应用。

（2）车身激光焊接技术。在车身制造中，激光焊接技术相比传统的焊接技术可以大大提高车身的质量和美观程度。这是一种利用高强度激光光束辐射钢板表面，使得金属在激光作用下发生融化，冷却最后结晶形成的焊接。其技术优势在于：焊接速度更快、深度更大，应力变形小。焊接精度高、可以进行精微控制，在难以焊接的位置效果良好。对环境的要求较小，适用性较高。可以同时进行多光束多工位作业，效率极高。其应用局限在于，操作精度要求高，岁技术和设备的要求相对更高。且设备成本高昂，因此该技术应用较少，一般针对豪华车型。

（3）气体保护焊接技术。该技术是指利用外加气体作为电弧介质，用来保护焊接区域电弧的电弧焊。CO2保护焊高效、成本相对低廉，因此在我国得到广泛应用。但该技术也有应用局限：焊接电弧不稳定因素多，如焊丝干的延长度不足，电感不匹配等，容易影响焊接质量。

3 结语

综上所述，汽车车身设计与制造工艺在市场竞争激烈、环保和能源压力大的外部环境中，想要获得持续的发展动力，必然要进行优化节能减排工艺的探索和实践，从而真正将技术转变为生产力和竞争力，推动整个行业的健康发展。

参考文献：

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[2] 郭琼琳.新能源汽车全塑车身设计及制造技术研究[J].现代制造技术与装备，2018（01）.

[3] 孙文杰.汽车车身制造工艺同步工程浅析[J].内燃机与配件，2017（19）.

[4] 熊伟军.基于新材料新结构的车身模块化设计研究[D].湖南大学，2017.

（作者单位：东风悦达起亚汽车有限公司）