汽車車身設(shè)計及制造工藝的新技術(shù)研究

引言

隨著人們對環(huán)保要求的不斷提高,未來汽車行業(yè)在發(fā)展過程中要提升競爭力,就要通過應(yīng)用新技術(shù)提升自身的核心競爭力,在確保行車安全性及舒適性的同時,能夠有效降低油耗與有毒氣體的排放,進(jìn)一步推動汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1汽車車身設(shè)計的新技術(shù)研究

1.1汽車車身設(shè)計開發(fā)流程

從目前來看,主流汽車企業(yè)在車身設(shè)計開發(fā)時將整個過程分成多個節(jié)點(diǎn)實施管控,同時針對每個節(jié)點(diǎn)都制定了控制標(biāo)準(zhǔn)及通過原則,從而保證每個設(shè)計開發(fā)環(huán)節(jié)都符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。一般情況下,全新整車設(shè)計開發(fā)主要分為如下幾個階段:預(yù)研立項階段、概念設(shè)計階段、詳細(xì)設(shè)計階段、設(shè)計驗證階段、生產(chǎn)認(rèn)證、量產(chǎn)階段等。只有確保每個節(jié)點(diǎn)都順利通過才可以進(jìn)入到下一個階段。在整個設(shè)計過程中,不同階段交叉且同步進(jìn)行,項目管理人員需要對整個開發(fā)質(zhì)量、開發(fā)成本以及開發(fā)進(jìn)度進(jìn)行有效協(xié)調(diào)及管控。

1.2車身設(shè)計的平臺化以及模塊化

現(xiàn)階段汽車行業(yè)競爭激烈,對車輛各方面要求越來越高,汽車廠商也在加快新車型的開發(fā)。應(yīng)用車身設(shè)計的平臺化以及模塊化,不僅能夠有效減少新品的研發(fā)時間,降低產(chǎn)品開發(fā)成本,提升規(guī)?；б?同時能夠大大降低新品開發(fā)所面臨的技術(shù)風(fēng)險,提升新品的可靠性、安全性。

1.3汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

1.3.1車身結(jié)構(gòu)設(shè)計思路分析

（1)車身橫梁設(shè)計。車身的橫梁主要包括車身頂蓋橫梁、底板橫梁兩部分,車身橫梁在很大程度上決定著車身側(cè)碰的性能,也直接影響車身的安全性能。

(2)車身縱梁設(shè)計。車身的縱梁主要包括前艙縱梁、汽車頂蓋邊梁、上邊梁、地板縱梁等,縱梁影響車身彎曲性能以及正碰性能,決定著汽車的安全性能。

(3)車身立柱設(shè)計。一般情況下,汽車車身立柱結(jié)構(gòu)都處在汽車的前后端,其不但要承載汽車車身,同時也要抵抗汽車側(cè)面撞擊。

(4)車身環(huán)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計。車身是有機(jī)整體,要確保車身結(jié)構(gòu)相互之間的有效連接才可以形成堅固的整體。

(5)車身斷面設(shè)計。車身斷面設(shè)計分布在車身設(shè)計各個區(qū)域,由于其主要用于車身載荷的傳遞,一般會設(shè)計成封閉式結(jié)構(gòu)。結(jié)合以往分析資料可知,隨著汽車車身斷面形狀逐漸趨向于圓形,其抗扭性能逐漸增強(qiáng)。若車身斷面形狀為矩形且長寬比例<1/2,車身斷面的抗扭性能會明顯降低。

(6)車身連接位置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。汽車車身最主要的就是通過點(diǎn)焊焊接的方式將各個部位進(jìn)行有效連接,形成整體。

(7)車身安裝點(diǎn)的設(shè)計。在車身安裝點(diǎn)設(shè)計時一定要結(jié)合汽車特點(diǎn)來進(jìn)行,有效提升車身安裝點(diǎn)與固定點(diǎn)位置的強(qiáng)度及剛度,確保其穩(wěn)定性,提升汽車車身的安全性。

1.3.2車身設(shè)計案例分析

以車門為例進(jìn)行設(shè)計分析。車門設(shè)計的重點(diǎn)考量指標(biāo)之一就是輕量化,可采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式、減少車門零部件數(shù)量等方式實現(xiàn)?，F(xiàn)階段車門材料主要采用高強(qiáng)度鋼或鋁合金以及兩種材料的組合,主要結(jié)構(gòu)形式包括框架式、模塊化兩種。

(1)框架式車門主要包括內(nèi)板、外板、框架等部分。此種車門主要通過框架和內(nèi)板進(jìn)行承載,用于承受車門整體載荷,有效提升車門剛度。一旦車門受到外部碰撞,通過框架以及防撞桿能夠?qū)⑴鲎擦τ行铡?

(2)模塊化結(jié)構(gòu)車門通過將車門分解成不同模塊提升生產(chǎn)的便捷性與效率。模塊化結(jié)構(gòu)車門的內(nèi)外板不是主要承載件,車門以及外部載荷的撞擊都是通過車身框架來承受。模塊化結(jié)構(gòu)車門的優(yōu)點(diǎn)在于:可以通過輕質(zhì)材料制作車門內(nèi)外板,能夠有效降低整體質(zhì)量,從結(jié)構(gòu)以及材料兩方面實現(xiàn)輕量化:模塊化結(jié)構(gòu)更有利于車門的生產(chǎn)及裝配,也便于對車門進(jìn)行模塊更換和維修,有效降低生產(chǎn)與維修費(fèi)用。

1.4汽車車身新材料應(yīng)用分析

(1)汽車車身一般采用鋼材制作,較為常用的鋼材主要包括低碳鋼(LSS)、普通高強(qiáng)度鋼(HSS)、熱成型鋼(PHS)、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼(AHSS)以及超高強(qiáng)度鋼(UHSS)等。特別是高強(qiáng)度鋼板(一般強(qiáng)度在500～1500MPa)優(yōu)勢較為明顯,例如輕質(zhì)、較強(qiáng)的抗疲勞強(qiáng)度、較好的碰撞性能,此種材料在車身輕量化設(shè)計中應(yīng)用非常廣泛?，F(xiàn)階段汽車用鋼中先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用量不斷增加,各方都在加大先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的進(jìn)一步開發(fā)。對于不同部位先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的使用有所差異,具體情況如表1所示。

(2)新能源車已經(jīng)成為了現(xiàn)階段和今后汽車發(fā)展的主要方向,在新能源車開發(fā)中,鋁合金材料是最主要的材料之一,更多地應(yīng)用在相關(guān)結(jié)構(gòu)件(例如前后保險杠橫梁、前/后縱梁、門檻、減振塔等)以及覆蓋件(例如車門、發(fā)動機(jī)罩蓋、地板面板等）中。

(3）非金屬材料在汽車車身設(shè)計方面也有較廣泛的應(yīng)用,例如工程塑料、復(fù)合材料等都已大量應(yīng)用到了車身設(shè)計中。例如車門內(nèi)板、翼子板等都應(yīng)用了大量的工程塑料進(jìn)行制造。另外,復(fù)合材料在車身設(shè)計方面具有更加廣泛的應(yīng)用,由于其具有密度小、設(shè)計靈活、容易成型、具有較強(qiáng)的耐腐性能,在車身加強(qiáng)件、發(fā)動機(jī)罩、后背門、后防撞梁等方面都有所應(yīng)用。

2汽車車身制造工藝的新技術(shù)研究

2.1新成型工藝分析

2.1.1熱成型技術(shù)分析

車身制造過程中最常采用的制造工藝是沖壓,傳統(tǒng)沖壓大多采取冷沖壓方式。隨著技術(shù)水平的提升,熱成型技術(shù)逐漸應(yīng)用到了車身制造中。相較于冷沖壓來說,熱成型的車身板料處在紅熱狀態(tài)下,形成的鋼板具有較好的強(qiáng)度,能夠應(yīng)用在A柱、B柱、C柱、車門防撞梁等結(jié)構(gòu)件中,具有良好的安全性。

2.1.2內(nèi)高壓成型技術(shù)分析

內(nèi)高壓成型技術(shù)是指利用內(nèi)部增壓以及軸向增力,將管狀坯料壓入模具型腔中,從而制造出不同類型的零部件。與沖壓成型技術(shù)相比,內(nèi)高壓成型技術(shù)可以有效提升材料的利用率、減少零件的數(shù)量、進(jìn)一步提升零件的強(qiáng)度以及剛度,此種成型技術(shù)可以應(yīng)用到所有具有腔體的車身結(jié)構(gòu)制造中。

2.2新連接工藝分析

2.2.1等離子焊接技術(shù)

利用形成的高強(qiáng)度等離子束將材料熔化,同時隨著等離子弧的有效推進(jìn)能夠?qū)⑿枰附拥目钻P(guān)閉,這樣可以有效減小變形。此種技術(shù)的優(yōu)勢在于能夠有效提升焊接的強(qiáng)度以及韌性,防止焊接變形的發(fā)生。

2.2.2膠接技術(shù)

利用膠粘劑和被連接件間的化學(xué)反應(yīng)使材料進(jìn)行有效連接,此種技術(shù)的有效應(yīng)用能夠提升部件的抗疲勞性、隔音性以及減振性。

2.2.3激光焊接技術(shù)

通過高強(qiáng)度激光束對于需要焊接的鋼板表面進(jìn)行激光,使兩者通過激光熔化以及結(jié)晶冷卻實現(xiàn)焊接。

2.2.4摩擦焊接技術(shù)

利用工件端面相互運(yùn)動以及相互摩擦所產(chǎn)生的熱量,使端部實現(xiàn)熱塑性狀態(tài)后迅速頂鍛完成焊接。摩擦焊接技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同材料的焊接,如不同硬度、高硬度材料或零件的焊接,焊縫強(qiáng)度高于母材的焊接。此種焊接技術(shù)具有焊接效率高、節(jié)約材料等優(yōu)勢。

3結(jié)語

本文主要闡述了汽車車身設(shè)計和制造工藝方面的新技術(shù)。隨著技術(shù)水平的進(jìn)一步提升,會出現(xiàn)更多新技術(shù),將其應(yīng)用到汽車車身設(shè)計及制造中能夠有效推動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。