淺析乘用車車身設(shè)計技術(shù)

王文俊

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心乘用車研究院，安徽 合肥 230022 ）

淺析乘用車車身設(shè)計技術(shù)

王文俊

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心乘用車研究院，安徽 合肥 230022 ）

針對現(xiàn)代汽車車身的作用及結(jié)構(gòu)特點，分析了車身設(shè)計的要求與特點，文章主要從產(chǎn)品公差和工藝兩方面闡述了車身的設(shè)計技術(shù)。通過綜合考慮各種因素，設(shè)計出一款符合現(xiàn)代人的使用觀念而且實用的轎車車身。

車身設(shè)計；公差；工藝

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)11-44-04

現(xiàn)代汽車質(zhì)量的好壞完全決定設(shè)計水平。對于一部好的車身來說，必須在設(shè)計階段已經(jīng)完全考慮了各種公差、工藝性等因素的影響，再加上設(shè)計中的控制文件，完全保證了后期車身生產(chǎn)質(zhì)量。本文主要介紹設(shè)計中的公差及工藝性需要考慮的因素。

1 車身在設(shè)計階段公差的控制

在設(shè)計階段充分考慮各種主要公差，主要有沖壓公差、焊接公差、制造公差、裝配公差、移動公差等。要有效保證車身零件在整車使用壽命范圍內(nèi)工作狀況最佳，必須合理利用和分配各種公差。

1.1 裝配公差

保證零件安裝無誤，而且保證零件工作性能得到很好保證，一定綜合考慮和分配各零部件的公差。以下以車門內(nèi)板和玻璃升降器的安裝為例說明公差分配。

前車門內(nèi)板玻璃升降器的安裝如圖 1，玻璃升降器安裝螺栓為M6，門內(nèi)板安裝孔直徑為?7。如果公差分配不合理，后期安裝困難。

圖1 孔位示意圖

因為車門內(nèi)板的沖壓精度較高，公差較小如圖2所示，能夠保證孔的距離公差在±0.2mm范圍內(nèi)。要求在設(shè)計玻璃升降器的時候考慮玻璃升降器支架總成的精度。如果玻璃升降器安裝支架總成的距離精度320.5±1mm，很難保證安裝。

計算如下：

門內(nèi)板兩安裝孔距離為Lmin=320.3mm，Lmax=320.7；

玻璃升降器支架安裝點之間距離為Dmax=321.5mm

Lmin+（?7-M6）/2*2=321.3〈321.5=Dmax

所以就會導(dǎo)致兩個零件單獨(dú)檢測均合格，但安裝不上的現(xiàn)象。

一旦出現(xiàn)上述情況，需要協(xié)調(diào)解決，有以下兩種方案：

方案一提高玻璃升降器安裝支架總成的精度，保證距離精度在320.5±0.8mm范圍內(nèi)；

方案二加大門內(nèi)板上的安裝孔，將孔徑由 ?7mm，加大到?7.5mm。

圖2 修改方案

1.2 沖壓公差

為了保證車身零件安裝的可靠性，必需保證沖壓件安裝面的精度。對一些要求較高的功能面和孔的公差必需特別要求。如圖3

圖3 側(cè)圍精度示意圖

1.3 焊接公差

為了保證整車的精度，對每級焊接總成的公差結(jié)合實際情況給定設(shè)計范圍。如圖4、圖5所示一焊接總成，該圖中標(biāo)注了產(chǎn)品需要的公差，即焊接根據(jù)實際情況必需保證的公差。

圖4 輪包總成焊接精度示意圖

圖5 零部件安裝面精度示意圖

1.4 移動公差

1.4.1

移動公差的目的：為了確保質(zhì)量及質(zhì)量培育期間的縮短，后期可能因為變形等原因影響外觀質(zhì)量的部件，在模夾具設(shè)計制作時將可能變動的公差量一起考慮進(jìn)去。

1.4.2

移動公差定義：移動公差是在部件裝配過程中按照圖紙中的數(shù)據(jù)制作各部件因偏差（公差內(nèi)偏差）發(fā)生干涉或裝配困難，所以事前預(yù)測公差的中心向哪一側(cè)變更（移動），在設(shè)計階段提前處理的叫移動公差。下面以側(cè)圍亮飾條和側(cè)圍為例介紹移動公差。圖6所示兩處截面。

圖6 側(cè)圍移動公差示發(fā)生部位意圖

圖中滾壓件和側(cè)圍亮飾條在設(shè)計時理論上應(yīng)該等間隙，但是考慮到兩個零件成型后的變形量，不能設(shè)計成等間隙（圖7），如果設(shè)計成等間隙，后期生產(chǎn)階段基本不可能控制。具體原因設(shè)計時考慮滾壓件成型后局部尺寸有變化，在設(shè)計時考慮成型減薄在 0.6-0.8mm，而且亮飾條和滾壓件之間間隙要求較高，所以在設(shè)計時已經(jīng)將此處間隙調(diào)整到3.2mm。

圖7 A B兩處斷面示意圖

總而言之，要很好保證車身的質(zhì)量，必須在產(chǎn)品設(shè)計階段綜合考慮各種公差，而且還需要進(jìn)行公差計算。只有這樣才能保證每一個零件和總成全部控制在設(shè)計范圍內(nèi)。即車身所有生產(chǎn)過程都有據(jù)可依，均在設(shè)計公差控制范圍內(nèi)，這樣才能保證后期生產(chǎn)的車子是完全符合設(shè)計要求的。

2 工藝性

2.1 沖壓工藝性

主要從以下幾方面考慮

（1）零件沖壓方向，進(jìn)而確定壓力中心；

（2）零件拔模角（無負(fù)角）；

（3）零件結(jié)構(gòu)對材料流動性的影響；

（4）零件本身的結(jié)構(gòu)是否合理；

（5） 零件的拉延深度是否過深（見表1和表2）；

表1 矩形拉深最大相對深度 (h/B)

表中字母說明：t—材料厚度 K—坯料寬度h—最大拉深深度 B—拉深寬度

表2 筒形拉深最大相對深度 (h/d)

表中字母說明：h—最大拉深深度 d—拉深直徑df—凸緣直徑 t—材料厚度d0—坯料直徑

（6）倒角設(shè)計

具有一定深度的較大的凸臺處的過渡圓角盡可能地大一些，最好倒成球面狀的R，以利沖壓成形（見表3）。

表3 拉延最佳圓角半徑（r）

表中字母說明：h—拉延深度 r—圓角半徑 B—拉延寬度

（7）沖切的孔邊距設(shè)計

根據(jù)沖模對沖裁件工藝性的要求，孔邊距b與材料厚度t的關(guān)系是：

當(dāng)t≤1mm時，按t=1mm計算，并且不得小于3mm，必要時可以取b=(1—1.5)t，但模具壽命因此降低或結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度增加。

沖孔的最小直徑dm與材料厚度t的關(guān)系是：

（8）確定零件的沖壓工序

三維數(shù)模圓角對沖壓工藝的影響（內(nèi)圓角大于材料的厚度，圓角過小造成材料撕裂等）。

模具壽命（零件圓角和臺階結(jié)構(gòu)的尺寸過小會使模具壽命降低）。

拉延深度（零件現(xiàn)有材料牌號是否適合此拉延深度，拉延深度是否合理）。

2.2 焊接工藝性

良好的焊接工藝性應(yīng)能滿足材料較省、工序較少、夾具加工較易、壽命較高、操作較方便及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。

2.2.1 焊接結(jié)構(gòu)工藝性定義

焊接結(jié)構(gòu)工藝性是指鈑金結(jié)構(gòu)件在焊接夾具上組合拼裝后，實施焊接的難易程度。

2.2.2 常用焊接方法

（1）電阻焊—是將被焊工件壓緊于兩電極之間，并通以電流，利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的一種方法。包括點焊、凸焊、縫焊、對焊。

（2）電弧焊—是以電極與工件之間燃燒的電弧作為熱源的焊接方法。包括CO2保護(hù)焊、焊條電弧焊、氬弧焊、等離子弧焊等。

（3）焊接結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計要點

1）點焊接頭形式及焊接空間

在零件設(shè)計時，點焊接頭應(yīng)盡可能設(shè)計成敞開式，同時還要考慮周邊空間，以保證焊鉗能夠操作。如果必須設(shè)計成半敞開式或封閉式，應(yīng)根據(jù)實際情況及時采購或定制焊鉗。（附圖8點焊接頭形式）

圖8 點焊接頭型式

2）焊接邊寬度

兩個（或三個）相焊接零件的焊接邊重疊部分的直邊寬度,一般應(yīng)不小于12mm，且相焊接零件的焊接邊要平齊。因沖壓或裝配等工藝要求，允許1-2個焊點焊接處焊接邊的寬度為8-13mm。具體參照表1及圖3-2（若板材為不同厚度組合，按較薄的板選取）：

表4 電阻點焊的焊點尺寸

2.2.3 焊點間距是否合理

車身焊接件上的焊點直徑一般為 ?6-?7，焊點間距為50-60mm(小尺寸零件除外)。

表5 電阻點焊的焊點尺寸

圖9 焊點示意圖

圖10 單排焊點

圖11 雙排焊點并列

圖12 雙排焊點交錯排列

板厚t、焊點直徑d、設(shè)計時可選取的最小焊點直徑dmin及焊點間的最小距離e，具體數(shù)據(jù)可參見圖9、10、11和表5。若板材為不同厚度組合，按較薄的板選取。特殊情況下必須超出表5規(guī)定設(shè)計點焊接頭時應(yīng)考慮設(shè)備的實際可操作性。

2.2.4 點焊零件的板材層數(shù)及料厚比

點焊零件的板材的層數(shù)一般為2層，最多三層，三層板料厚之和不大于6mm；點焊接頭各層板材的料厚比應(yīng)小于3。

如因結(jié)構(gòu)要求確需4層焊接，首先應(yīng)檢查料厚比，如果合理可以焊接，如果不合理，應(yīng)考慮開工藝孔或工藝缺口，錯開焊點，以保證點焊處料厚比在允許的范圍內(nèi)。

2.2.5 檢查零件定位、夾緊是否方便可靠

在零件的設(shè)計時，應(yīng)考慮合適的焊接夾具定位孔和定位基準(zhǔn)面，以便設(shè)計制造低成本、高質(zhì)量的焊接定位夾具。

2.2.6 CO2氣體保護(hù)焊焊接加工工藝檢查要素

1）焊接空間設(shè)計合理；

2）可見區(qū)域內(nèi)焊接處必須留有塞焊工藝孔及凹坑，以保證焊接后有較好的外觀質(zhì)量。

2.3 涂裝工藝性

主要考慮整條生產(chǎn)線的節(jié)拍、車身在涂裝時入電泳槽角度、出電泳槽角度等因素，確認(rèn)設(shè)計的涂裝工藝孔的位置、大小等是合理的。

2.4 安裝工藝性

主要根據(jù)安裝工具、操作空間、操作方便性等確認(rèn)安裝工藝孔的位置和大小是合理的，而且方便操作。

3 總結(jié)

總之，設(shè)計一款現(xiàn)代時尚的轎車車身，必須綜合考慮各種因素，只有這樣才能設(shè)計出一款符合現(xiàn)代人的使用觀念而且實用的轎車車身。

[1] 鄭展 沖模設(shè)計手冊 機(jī)械工業(yè)出版社, 2013.

[2] 《汽車工程手冊》編輯委員會 汽車工程手冊·設(shè)計篇 人民交通出版社 2001-05-01 ISBN:7-114-03930-1.

[3] 《汽車工程手冊》編輯委員會 汽車工程手冊·制造篇 人民交通出版社 2000-12-31 ISBN:7-114-03783-X.

Shallow analysis of car body design technology

Wang Wenjun
( Anhui Jianghuai Automobile CO. LTD Passenger Car Research Department, Anhui Hefei 230022 )

According to the characteristics, function and structure of the modern automotive body body design requirements and characteristics were analyzed, the paper mainly from two aspects of product tolerance and process in this paper, the design of the car body technology. By considering various factors, the design of a car body that is suitable for the use of modern people and practical.

body of designing; tolerance; process

U466

：A

：1671-7988 (2017)11-44-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.11.016

王文俊，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。