汽车车身设计及制造工艺的新技术研究

引言

随着人们对环保要求的不断提高,未来汽车行业在发展过程中要提升竞争力,就要通过应用新技术提升自身的核心竞争力,在确保行车安全性及舒适性的同时,能够有效降低油耗与有毒气体的排放,进一步推动汽车行业的可持续发展。

1汽车车身设计的新技术研究

1.1汽车车身设计开发流程

从目前来看,主流汽车企业在车身设计开发时将整个过程分成多个节点实施管控,同时针对每个节点都制定了控制标准及通过原则,从而保证每个设计开发环节都符合标准规范要求。一般情况下,全新整车设计开发主要分为如下几个阶段:预研立项阶段、概念设计阶段、详细设计阶段、设计验证阶段、生产认证、量产阶段等。只有确保每个节点都顺利通过才可以进入到下一个阶段。在整个设计过程中,不同阶段交叉且同步进行,项目管理人员需要对整个开发质量、开发成本以及开发进度进行有效协调及管控。

1.2车身设计的平台化以及模块化

现阶段汽车行业竞争激烈,对车辆各方面要求越来越高,汽车厂商也在加快新车型的开发。应用车身设计的平台化以及模块化,不仅能够有效减少新品的研发时间,降低产品开发成本,提升规模化效益,同时能够大大降低新品开发所面临的技术风险,提升新品的可靠性、安全性。

1.3汽车车身结构设计分析

1.3.1车身结构设计思路分析

（1)车身横梁设计。车身的横梁主要包括车身顶盖横梁、底板横梁两部分,车身横梁在很大程度上决定着车身侧碰的性能,也直接影响车身的安全性能。

(2)车身纵梁设计。车身的纵梁主要包括前舱纵梁、汽车顶盖边梁、上边梁、地板纵梁等,纵梁影响车身弯曲性能以及正碰性能,决定着汽车的安全性能。

(3)车身立柱设计。一般情况下,汽车车身立柱结构都处在汽车的前后端,其不但要承载汽车车身,同时也要抵抗汽车侧面撞击。

(4)车身环状结构设计。车身是有机整体,要确保车身结构相互之间的有效连接才可以形成坚固的整体。

(5)车身断面设计。车身断面设计分布在车身设计各个区域,由于其主要用于车身载荷的传递,一般会设计成封闭式结构。结合以往分析资料可知,随着汽车车身断面形状逐渐趋向于圆形,其抗扭性能逐渐增强。若车身断面形状为矩形且长宽比例<1/2,车身断面的抗扭性能会明显降低。

(6)车身连接位置的结构设计。汽车车身最主要的就是通过点焊焊接的方式将各个部位进行有效连接,形成整体。

(7)车身安装点的设计。在车身安装点设计时一定要结合汽车特点来进行,有效提升车身安装点与固定点位置的强度及刚度,确保其稳定性,提升汽车车身的安全性。

1.3.2车身设计案例分析

以车门为例进行设计分析。车门设计的重点考量指标之一就是轻量化,可采用优化结构形式、减少车门零部件数量等方式实现。现阶段车门材料主要采用高强度钢或铝合金以及两种材料的组合,主要结构形式包括框架式、模块化两种。

(1)框架式车门主要包括内板、外板、框架等部分。此种车门主要通过框架和内板进行承载,用于承受车门整体载荷,有效提升车门刚度。一旦车门受到外部碰撞,通过框架以及防撞杆能够将碰撞力有效吸收。

(2)模块化结构车门通过将车门分解成不同模块提升生产的便捷性与效率。模块化结构车门的内外板不是主要承载件,车门以及外部载荷的撞击都是通过车身框架来承受。模块化结构车门的优点在于:可以通过轻质材料制作车门内外板,能够有效降低整体质量,从结构以及材料两方面实现轻量化:模块化结构更有利于车门的生产及装配,也便于对车门进行模块更换和维修,有效降低生产与维修费用。

1.4汽车车身新材料应用分析

(1)汽车车身一般采用钢材制作,较为常用的钢材主要包括低碳钢(LSS)、普通高强度钢(HSS)、热成型钢(PHS)、先进高强度钢(AHSS)以及超高强度钢(UHSS)等。特别是高强度钢板(一般强度在500～1500MPa)优势较为明显,例如轻质、较强的抗疲劳强度、较好的碰撞性能,此种材料在车身轻量化设计中应用非常广泛。现阶段汽车用钢中先进高强度钢的应用量不断增加,各方都在加大先进高强度钢的进一步开发。对于不同部位先进高强度钢的使用有所差异,具体情况如表1所示。

(2)新能源车已经成为了现阶段和今后汽车发展的主要方向,在新能源车开发中,铝合金材料是最主要的材料之一,更多地应用在相关结构件(例如前后保险杠横梁、前/后纵梁、门槛、减振塔等)以及覆盖件(例如车门、发动机罩盖、地板面板等）中。

(3）非金属材料在汽车车身设计方面也有较广泛的应用,例如工程塑料、复合材料等都已大量应用到了车身设计中。例如车门内板、翼子板等都应用了大量的工程塑料进行制造。另外,复合材料在车身设计方面具有更加广泛的应用,由于其具有密度小、设计灵活、容易成型、具有较强的耐腐性能,在车身加强件、发动机罩、后背门、后防撞梁等方面都有所应用。

2汽车车身制造工艺的新技术研究

2.1新成型工艺分析

2.1.1热成型技术分析

车身制造过程中最常采用的制造工艺是冲压,传统冲压大多采取冷冲压方式。随着技术水平的提升,热成型技术逐渐应用到了车身制造中。相较于冷冲压来说,热成型的车身板料处在红热状态下,形成的钢板具有较好的强度,能够应用在A柱、B柱、C柱、车门防撞梁等结构件中,具有良好的安全性。

2.1.2内高压成型技术分析

内高压成型技术是指利用内部增压以及轴向增力,将管状坯料压入模具型腔中,从而制造出不同类型的零部件。与冲压成型技术相比,内高压成型技术可以有效提升材料的利用率、减少零件的数量、进一步提升零件的强度以及刚度,此种成型技术可以应用到所有具有腔体的车身结构制造中。

2.2新连接工艺分析

2.2.1等离子焊接技术

利用形成的高强度等离子束将材料熔化,同时随着等离子弧的有效推进能够将需要焊接的孔关闭,这样可以有效减小变形。此种技术的优势在于能够有效提升焊接的强度以及韧性,防止焊接变形的发生。

2.2.2胶接技术

利用胶粘剂和被连接件间的化学反应使材料进行有效连接,此种技术的有效应用能够提升部件的抗疲劳性、隔音性以及减振性。

2.2.3激光焊接技术

通过高强度激光束对于需要焊接的钢板表面进行激光,使两者通过激光熔化以及结晶冷却实现焊接。

2.2.4摩擦焊接技术

利用工件端面相互运动以及相互摩擦所产生的热量,使端部实现热塑性状态后迅速顶锻完成焊接。摩擦焊接技术能够实现不同材料的焊接,如不同硬度、高硬度材料或零件的焊接,焊缝强度高于母材的焊接。此种焊接技术具有焊接效率高、节约材料等优势。

3结语

本文主要阐述了汽车车身设计和制造工艺方面的新技术。随着技术水平的进一步提升,会出现更多新技术,将其应用到汽车车身设计及制造中能够有效推动汽车产业的发展。