汽車車身設計及制造工藝的新技術研究

時間：2022-06-14 22:06:15

關鍵字：汽車車身設計制造工藝新技術

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[導讀]摘要:從汽車車身設計開發(fā)流程、車身設計的平臺化及模塊化、車身結構、設計車身新材料應用方面,研究了汽車車身設計應用的新技術:從成型工藝、連接工藝方面分析了汽車車身制造工藝應用的新技術。將這些新技術應用于汽車車身的設計及制造中,有利于汽車產業(yè)的進一步發(fā)展。

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,就要通過應用新技術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,進一步推動汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1汽車車身設計的新技術研究

1.1汽車車身設計開發(fā)流程

從目前來看,主流汽車企業(yè)在車身設計開發(fā)時將整個過程分成多個節(jié)點實施管控,同時針對每個節(jié)點都制定了控制標準及通過原則,從而保證每個設計開發(fā)環(huán)節(jié)都符合標準規(guī)范要求。一般情況下,全新整車設計開發(fā)主要分為如下幾個階段:預研立項階段、概念設計階段、詳細設計階段、設計驗證階段、生產認證、量產階段等。只有確保每個節(jié)點都順利通過才可以進入到下一個階段。在整個設計過程中,不同階段交叉且同步進行,項目管理人員需要對整個開發(fā)質量、開發(fā)成本以及開發(fā)進度進行有效協(xié)調及管控。

1.2車身設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)。應用車身設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,降低產品開發(fā)成本,提升規(guī)模化效益,同時能夠大大降低新品開發(fā)所面臨的技術風險,提升新品的可靠性、安全性。

1.3汽車車身結構設計分析

1.3.1車身結構設計思路分析

（1)車身橫梁設計。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碰的性能,也直接影響車身的安全性能。

(2)車身縱梁設計。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)車身立柱設計。一般情況下,汽車車身立柱結構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面撞擊。

(4)車身環(huán)狀結構設計。車身是有機整體,要確保車身結構相互之間的有效連接才可以形成堅固的整體。

(5)車身斷面設計。車身斷面設計分布在車身設計各個區(qū)域,由于其主要用于車身載荷的傳遞,一般會設計成封閉式結構。結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。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)車身連接位置的結構設計。汽車車身最主要的就是通過點焊焊接的方式將各個部位進行有效連接,形成整體。

(7)車身安裝點的設計。在車身安裝點設計時一定要結合汽車特點來進行,有效提升車身安裝點與固定點位置的強度及剛度,確保其穩(wěn)定性,提升汽車車身的安全性。

1.3.2車身設計案例分析

以車門為例進行設計分析。車門設計的重點考量指標之一就是輕量化,可采用優(yōu)化結構形式、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度鋼或鋁合金以及兩種材料的組合,主要結構形式包括框架式、模塊化兩種。

(1)框架式車門主要包括內板、外板、框架等部分。此種車門主要通過框架和內板進行承載,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將碰撞力有效吸收。

(2)模塊化結構車門通過將車門分解成不同模塊提升生產的便捷性與效率。模塊化結構車門的內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。模塊化結構車門的優(yōu)點在于:可以通過輕質材料制作車門內外板,能夠有效降低整體質量,從結構以及材料兩方面實現(xiàn)輕量化:模塊化結構更有利于車門的生產及裝配,也便于對車門進行模塊更換和維修,有效降低生產與維修費用。

1.4汽車車身新材料應用分析

(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)、普通高強度鋼(HSS)、熱成型鋼(PHS)、先進高強度鋼(AHSS)以及超高強度鋼(UHSS)等。特別是高強度鋼板(一般強度在500～1500MPa)優(yōu)勢較為明顯,例如輕質、較強的抗疲勞強度、較好的碰撞性能,此種材料在車身輕量化設計中應用非常廣泛?，F(xiàn)階段汽車用鋼中先進高強度鋼的應用量不斷增加,各方都在加大先進高強度鋼的進一步開發(fā)。對于不同部位先進高強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,更多地應用在相關結構件(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)動機罩蓋、地板面板等）中。

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

2汽車車身制造工藝的新技術研究

2.1新成型工藝分析

2.1.1熱成型技術分析

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。隨著技術水平的提升,熱成型技術逐漸應用到了車身制造中。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度,能夠應用在A柱、B柱、C柱、車門防撞梁等結構件中,具有良好的安全性。

2.1.2內高壓成型技術分析

內高壓成型技術是指利用內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。與沖壓成型技術相比,內高壓成型技術可以有效提升材料的利用率、減少零件的數(shù)量、進一步提升零件的強度以及剛度,此種成型技術可以應用到所有具有腔體的車身結構制造中。

2.2新連接工藝分析

2.2.1等離子焊接技術

利用形成的高強度等離子束將材料熔化,同時隨著等離子弧的有效推進能夠將需要焊接的孔關閉,這樣可以有效減小變形。此種技術的優(yōu)勢在于能夠有效提升焊接的強度以及韌性,防止焊接變形的發(fā)生。

2.2.2膠接技術

利用膠粘劑和被連接件間的化學反應使材料進行有效連接,此種技術的有效應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