当代汽车车身设计及制造工艺新技术

李思青

就目前来看，私家车数量是一个不小的数字，接近市场饱和，这也就意味着汽车行业面临更大的挑战。传统汽车行业要向更低油耗，更环保，更经济，更美观等方向转型，最终达到满足消费者需求，刺激消费和保持汽车市场稳定发展的目的。这就需要行业者与时俱进，提高设计思维敏感性，引入先进的设计理念，运用先进制造技术，改良车身架构，优化产品性能，降低制造成本。在这样的情况下，车身作为汽车的四个总成之一，发挥着非常重要的作用。车身除了给消费者第一直观感受，刺激着消费者继续了解和购买的欲望外，其合理的造型对汽车整体性能的提升有着不可忽视的作用。因此，对汽车车身的设计技术、方法以及对制造工艺新技术的研究以及运用显得尤为重要，应为汽车开发过程中的工作重点。

汽车车身设计技术

汽车车身设计开发流程。新车车身的设计开发流程基本上是根据不同的工作节点来进行划分的，大致分为以下几点：车身总布置—概念草图—内外饰效果图制作及审核—油泥模型制作—风洞试验—油泥模型评审—数据采集—车身表面数据制作—验证模型制作及评审—结构设计、数模制作—车身结构校核、分析—冲压模具开发—检具开发—焊装设备开发—组装样车—厂内调试—SOP。不同类型的车型，在进行单个流程时方法和标准存在一定的差异，因此，开发流程最终要根据所生产的车型进行专业的制定。

汽车车身设计中新材料的选择。在汽车的制造中，我们主张用最低的成本、最轻的重量和最少的工艺投入量来获得最高的安全性、NVH、耐久性及最完备的功能。这就需要相关人员在材料的选择及结构的设计上有一定的改进。随着不可再生资源的日益减少，汽车的轻量化受到人们越来越多的关注。轻量化的实现要在材料和结构两个方面进行改进。以材料为例，采用高强板代替传统的钢材，在降低材料质量的同时又增强了车身的碰撞性能和耐久性能。例如IF钢板、IS强度钢板、BH强度钢板、软钢板及涵磷钢板等一系列新材料常用在汽车车门上，来达到轻量化的目的。为了达到所需要的安全性能、力学性能以及各种工作性能，在零部件材料的选择上有以下几种新系列：MS系列、HSLA系列、PHS系列等。除此之外还有轻质材料，如塑料、碳纤维、铝镁合金、玻璃增强材料、结构发泡材料等，应用在车身的构造中，代替传统钢材，实现汽车轻量化。

汽车车身外形设计方法

所谓车身外形设计，指的是通过计算机辅助软件或者手工绘制等方法，对汽车的理想形状进行表达，以达到配合车体实现汽车各方面要求的一种设计。汽车车身造型作为一个非常有力的竞争手段，吸引消费者的眼球，刺激消费者的购买欲望，在汽车销售领域占有极高的地位，也决定着对应车型在市场上的生存命运。在进行汽车外形设计时，相关设计人员不仅要具备良好的专业力学知识和绘图技能，例如空气力学，材料力学，机械制图学等，还要具有一定的艺术素养，这对颜色的搭配选择，结构的设计，整体视觉效果的表达有着必要的作用。

车身设计基本原则

车身外形设计的精髓在于，利用科学和艺术手段，将汽车的结构、工艺、性能及材料等直观合理的表现出来。车身设计要求在实现汽车基本功能的前提下，汽车车身造型要尽可能的优美，并且在车身结构上要给予消费者最大的舒适感和安全感。在整车外形的展现上，在具有一定的流线型的前提下，还要紧跟时代的潮流。传统的外形设计方法是利用坐标网格纸来表达，由于其存在一定的局限性，因此会借助三维数字模拟，实物模拟等方式来进行表达。相关人员在设计时，无论是覆盖面还是零部件，都要符合精度要求，具有较高的配合度，才会使呈现出来的汽车车身曲面光滑平顺，比较协调。

车身外形设计现代方法

制作效果图。在进行效果图的制作时，通常工作人员有两种选择：计算机辅助软件制作和手工绘制。工作人员借助计算机辅助软件进行绘图时，将相关的车身数据输入会迅速地得到相应的数字化模型，车型外观展现十分直观，并且在进行设计改动时也十分快捷方便。现如今，手工绘制相对来讲更普遍一些。先通过手工制图，将车身外形进行绘制，再制作主模型与缩比例模型，最后通过扫描的方法，将模型数据导入计算机中。手工绘制虽然流程多一些，但是其更能准确地表现设计者的设计理念和想法。

共享汽车车身模型。将制作好的车身模型在各个车身协作部门之间共享，在保证大家工作基础一致的前提下，各部门还可以通过计算机辅助软件实时进行线上更改，并实现各部门数据同步。在车身数字模型共享的基础上，相关人员可以借助catia软件进行辅助修改。以classA表面为例，必须满足的要求是相邻曲面间的间隙应在0.005mm以下，甚至有些车厂要求到0.001mm；切率改变在0.16度以下；曲率改变在0.005度以下。classA的评价标准为曲面是否满足汽车车身所需的制造要求，是否具有整體性、协调性、连续性，内部质量的好坏，曲面与车身结构是否相符等。当不满足以上要求或不符合以上标准时，各部门可根据文件标准规定进行修改，节省各部门之间相互通知的时间，有效的缩短车身外形设计周期。

制造工艺新技术

新成型技术

内部高压成型技术。内部高压成型也叫液压成型或液力成型，是一种利用液体作为成型介质，通过控制内压力和材料流动来达到成型中空零件目的的材料成型工艺。其原理是通过内部加压和轴向加力补料把管胚压入到磨具型腔使其成型为所需要的工件。要注意的是，对于以轴线为曲线的零件，需要先把管坯预弯成接近零件得形状，随后再进行加压成型。与以往的冲压焊接相比，其优点是节约材料（材料利用率高达95%～98%），使汽车轻量化（一般结构件可减重20%～30%，轴类零件可减重30%～50%），提高构件的强度与刚度。此外，由于其生产出来的产品质量好，设计灵活多样，工艺过程简单便捷，生产效率大大提高，生产过程绿色环保，受到了广泛的应用。

热成型技术。热成型技术是一种成型精度非常高的工艺技术，其一次冲压成型工艺相对冷冲压多次成型工艺来讲，过程相对简单：下料—加热—冲压成型—冷却—开模。热成型工艺的关键之处在于模具的设计和生产过程中的工艺设计。除了过程相对简单以外，由于热成型技术所需要的零部件材料强度高，因此无需高强板，而且所使用的模具少，所以热成型技术更具有经济性。热成型技术在汽车车身的应用中越来越多，目前多用于车门防撞板、前后保险杠、A/B柱、中央通道、上下防火板等。因为这项技术比较特殊，所以要求工作人员在实际操作过程中要严格遵守操作标准。

新焊接技术？

等离子焊接技术。等离子焊接技术指的是通过产生高强度的等离子束，将所需焊接的材料进行熔焊的焊接技术。在焊接过程中，在喷嘴的外层生成弧状层，从而降低喷嘴周围产生的热应力。主要应用在不锈钢薄板、铝材、钢材、镀锌板、钢等材料间的焊接，例如在奥迪A4中就应用此技术。等离子焊接技术不仅使焊接部位更加牢固，焊接表面也更加平顺美观。在提高生产效率的同时，又能方便后期的维护与修理，大大降低了生产周期和劳动成本。

气体保护焊接技术。气体保护焊接技术是利用气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。气体保护焊通常根据电极是否熔化和保护气体不同分为非熔化极惰性气体保护焊和熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊又分为：惰性气体保护焊、氧化性混合气体保护焊、CO2气体保护焊、管状焊丝气体保护焊等。以CO2气体保护焊为例，其作为一种高效的气体保护焊接方式，由于其耗费成本低和操作过程变形小，受到了广泛的应用。但是气体保护焊接技术也存在一定的弊端，比如当气体保护焊电流密度大、弧光强、温度高时，会在高温电弧和强烈的紫外线作用下产生高浓度的有害气体，因此，在实际操作过程中，工作人员应该注意开窗通风，注意操作安全。

综上所述，通过对汽车车身设计技术、方法及制造工艺新技术的研究可以看出，在未来的汽车领域，新材料、新技术对汽车的发展起着至关重要的作用。因此，在汽车的发展过程中，要与时俱进，吸纳高新技术人才，善于运用现代化高新技术，促进汽车的发展更符合人们的要求，同时也帮助汽车行业在未来可以得到更好的发展。

（作者单位：河北农业大学海洋学院）