當(dāng)代汽車車身設(shè)計(jì)及制造工藝新技術(shù)

李思青

就目前來看，私家車數(shù)量是一個不小的數(shù)字，接近市場飽和，這也就意味著汽車行業(yè)面臨更大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)汽車行業(yè)要向更低油耗，更環(huán)保，更經(jīng)濟(jì)，更美觀等方向轉(zhuǎn)型，最終達(dá)到滿足消費(fèi)者需求，刺激消費(fèi)和保持汽車市場穩(wěn)定發(fā)展的目的。這就需要行業(yè)者與時俱進(jìn)，提高設(shè)計(jì)思維敏感性，引入先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，運(yùn)用先進(jìn)制造技術(shù)，改良車身架構(gòu)，優(yōu)化產(chǎn)品性能，降低制造成本。在這樣的情況下，車身作為汽車的四個總成之一，發(fā)揮著非常重要的作用。車身除了給消費(fèi)者第一直觀感受，刺激著消費(fèi)者繼續(xù)了解和購買的欲望外，其合理的造型對汽車整體性能的提升有著不可忽視的作用。因此，對汽車車身的設(shè)計(jì)技術(shù)、方法以及對制造工藝新技術(shù)的研究以及運(yùn)用顯得尤為重要，應(yīng)為汽車開發(fā)過程中的工作重點(diǎn)。

汽車車身設(shè)計(jì)技術(shù)

汽車車身設(shè)計(jì)開發(fā)流程。新車車身的設(shè)計(jì)開發(fā)流程基本上是根據(jù)不同的工作節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行劃分的，大致分為以下幾點(diǎn)：車身總布置—概念草圖—內(nèi)外飾效果圖制作及審核—油泥模型制作—風(fēng)洞試驗(yàn)—油泥模型評審—數(shù)據(jù)采集—車身表面數(shù)據(jù)制作—驗(yàn)證模型制作及評審—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)模制作—車身結(jié)構(gòu)校核、分析—沖壓模具開發(fā)—檢具開發(fā)—焊裝設(shè)備開發(fā)—組裝樣車—廠內(nèi)調(diào)試—SOP。不同類型的車型，在進(jìn)行單個流程時方法和標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異，因此，開發(fā)流程最終要根據(jù)所生產(chǎn)的車型進(jìn)行專業(yè)的制定。

汽車車身設(shè)計(jì)中新材料的選擇。在汽車的制造中，我們主張用最低的成本、最輕的重量和最少的工藝投入量來獲得最高的安全性、NVH、耐久性及最完備的功能。這就需要相關(guān)人員在材料的選擇及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上有一定的改進(jìn)。隨著不可再生資源的日益減少，汽車的輕量化受到人們越來越多的關(guān)注。輕量化的實(shí)現(xiàn)要在材料和結(jié)構(gòu)兩個方面進(jìn)行改進(jìn)。以材料為例，采用高強(qiáng)板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼材，在降低材料質(zhì)量的同時又增強(qiáng)了車身的碰撞性能和耐久性能。例如IF鋼板、IS強(qiáng)度鋼板、BH強(qiáng)度鋼板、軟鋼板及涵磷鋼板等一系列新材料常用在汽車車門上，來達(dá)到輕量化的目的。為了達(dá)到所需要的安全性能、力學(xué)性能以及各種工作性能，在零部件材料的選擇上有以下幾種新系列：MS系列、HSLA系列、PHS系列等。除此之外還有輕質(zhì)材料，如塑料、碳纖維、鋁鎂合金、玻璃增強(qiáng)材料、結(jié)構(gòu)發(fā)泡材料等，應(yīng)用在車身的構(gòu)造中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材，實(shí)現(xiàn)汽車輕量化。

汽車車身外形設(shè)計(jì)方法

所謂車身外形設(shè)計(jì)，指的是通過計(jì)算機(jī)輔助軟件或者手工繪制等方法，對汽車的理想形狀進(jìn)行表達(dá)，以達(dá)到配合車體實(shí)現(xiàn)汽車各方面要求的一種設(shè)計(jì)。汽車車身造型作為一個非常有力的競爭手段，吸引消費(fèi)者的眼球，刺激消費(fèi)者的購買欲望，在汽車銷售領(lǐng)域占有極高的地位，也決定著對應(yīng)車型在市場上的生存命運(yùn)。在進(jìn)行汽車外形設(shè)計(jì)時，相關(guān)設(shè)計(jì)人員不僅要具備良好的專業(yè)力學(xué)知識和繪圖技能，例如空氣力學(xué)，材料力學(xué)，機(jī)械制圖學(xué)等，還要具有一定的藝術(shù)素養(yǎng)，這對顏色的搭配選擇，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，整體視覺效果的表達(dá)有著必要的作用。

車身設(shè)計(jì)基本原則

車身外形設(shè)計(jì)的精髓在于，利用科學(xué)和藝術(shù)手段，將汽車的結(jié)構(gòu)、工藝、性能及材料等直觀合理的表現(xiàn)出來。車身設(shè)計(jì)要求在實(shí)現(xiàn)汽車基本功能的前提下，汽車車身造型要盡可能的優(yōu)美，并且在車身結(jié)構(gòu)上要給予消費(fèi)者最大的舒適感和安全感。在整車外形的展現(xiàn)上，在具有一定的流線型的前提下，還要緊跟時代的潮流。傳統(tǒng)的外形設(shè)計(jì)方法是利用坐標(biāo)網(wǎng)格紙來表達(dá)，由于其存在一定的局限性，因此會借助三維數(shù)字模擬，實(shí)物模擬等方式來進(jìn)行表達(dá)。相關(guān)人員在設(shè)計(jì)時，無論是覆蓋面還是零部件，都要符合精度要求，具有較高的配合度，才會使呈現(xiàn)出來的汽車車身曲面光滑平順，比較協(xié)調(diào)。

車身外形設(shè)計(jì)現(xiàn)代方法

制作效果圖。在進(jìn)行效果圖的制作時，通常工作人員有兩種選擇：計(jì)算機(jī)輔助軟件制作和手工繪制。工作人員借助計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行繪圖時，將相關(guān)的車身數(shù)據(jù)輸入會迅速地得到相應(yīng)的數(shù)字化模型，車型外觀展現(xiàn)十分直觀，并且在進(jìn)行設(shè)計(jì)改動時也十分快捷方便。現(xiàn)如今，手工繪制相對來講更普遍一些。先通過手工制圖，將車身外形進(jìn)行繪制，再制作主模型與縮比例模型，最后通過掃描的方法，將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中。手工繪制雖然流程多一些，但是其更能準(zhǔn)確地表現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)理念和想法。

共享汽車車身模型。將制作好的車身模型在各個車身協(xié)作部門之間共享，在保證大家工作基礎(chǔ)一致的前提下，各部門還可以通過計(jì)算機(jī)輔助軟件實(shí)時進(jìn)行線上更改，并實(shí)現(xiàn)各部門數(shù)據(jù)同步。在車身數(shù)字模型共享的基礎(chǔ)上，相關(guān)人員可以借助catia軟件進(jìn)行輔助修改。以classA表面為例，必須滿足的要求是相鄰曲面間的間隙應(yīng)在0.005mm以下，甚至有些車廠要求到0.001mm；切率改變在0.16度以下；曲率改變在0.005度以下。classA的評價標(biāo)準(zhǔn)為曲面是否滿足汽車車身所需的制造要求，是否具有整體性、協(xié)調(diào)性、連續(xù)性，內(nèi)部質(zhì)量的好壞，曲面與車身結(jié)構(gòu)是否相符等。當(dāng)不滿足以上要求或不符合以上標(biāo)準(zhǔn)時，各部門可根據(jù)文件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行修改，節(jié)省各部門之間相互通知的時間，有效的縮短車身外形設(shè)計(jì)周期。

制造工藝新技術(shù)

新成型技術(shù)

內(nèi)部高壓成型技術(shù)。內(nèi)部高壓成型也叫液壓成型或液力成型，是一種利用液體作為成型介質(zhì)，通過控制內(nèi)壓力和材料流動來達(dá)到成型中空零件目的的材料成型工藝。其原理是通過內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)料把管胚壓入到磨具型腔使其成型為所需要的工件。要注意的是，對于以軸線為曲線的零件，需要先把管坯預(yù)彎成接近零件得形狀，隨后再進(jìn)行加壓成型。與以往的沖壓焊接相比，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約材料（材料利用率高達(dá)95%～98%），使汽車輕量化（一般結(jié)構(gòu)件可減重20%～30%，軸類零件可減重30%～50%），提高構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度。此外，由于其生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量好，設(shè)計(jì)靈活多樣，工藝過程簡單便捷，生產(chǎn)效率大大提高，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保，受到了廣泛的應(yīng)用。

熱成型技術(shù)。熱成型技術(shù)是一種成型精度非常高的工藝技術(shù)，其一次沖壓成型工藝相對冷沖壓多次成型工藝來講，過程相對簡單：下料—加熱—沖壓成型—冷卻—開模。熱成型工藝的關(guān)鍵之處在于模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中的工藝設(shè)計(jì)。除了過程相對簡單以外，由于熱成型技術(shù)所需要的零部件材料強(qiáng)度高，因此無需高強(qiáng)板，而且所使用的模具少，所以熱成型技術(shù)更具有經(jīng)濟(jì)性。熱成型技術(shù)在汽車車身的應(yīng)用中越來越多，目前多用于車門防撞板、前后保險杠、A/B柱、中央通道、上下防火板等。因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)比較特殊，所以要求工作人員在實(shí)際操作過程中要嚴(yán)格遵守操作標(biāo)準(zhǔn)。

新焊接技術(shù)？

等離子焊接技術(shù)。等離子焊接技術(shù)指的是通過產(chǎn)生高強(qiáng)度的等離子束，將所需焊接的材料進(jìn)行熔焊的焊接技術(shù)。在焊接過程中，在噴嘴的外層生成弧狀層，從而降低噴嘴周圍產(chǎn)生的熱應(yīng)力。主要應(yīng)用在不銹鋼薄板、鋁材、鋼材、鍍鋅板、鋼等材料間的焊接，例如在奧迪A4中就應(yīng)用此技術(shù)。等離子焊接技術(shù)不僅使焊接部位更加牢固，焊接表面也更加平順美觀。在提高生產(chǎn)效率的同時，又能方便后期的維護(hù)與修理，大大降低了生產(chǎn)周期和勞動成本。

氣體保護(hù)焊接技術(shù)。氣體保護(hù)焊接技術(shù)是利用氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊。氣體保護(hù)焊通常根據(jù)電極是否熔化和保護(hù)氣體不同分為非熔化極惰性氣體保護(hù)焊和熔化極氣體保護(hù)焊。熔化極氣體保護(hù)焊又分為：惰性氣體保護(hù)焊、氧化性混合氣體保護(hù)焊、CO2氣體保護(hù)焊、管狀焊絲氣體保護(hù)焊等。以CO2氣體保護(hù)焊為例，其作為一種高效的氣體保護(hù)焊接方式，由于其耗費(fèi)成本低和操作過程變形小，受到了廣泛的應(yīng)用。但是氣體保護(hù)焊接技術(shù)也存在一定的弊端，比如當(dāng)氣體保護(hù)焊電流密度大、弧光強(qiáng)、溫度高時，會在高溫電弧和強(qiáng)烈的紫外線作用下產(chǎn)生高濃度的有害氣體，因此，在實(shí)際操作過程中，工作人員應(yīng)該注意開窗通風(fēng)，注意操作安全。

綜上所述，通過對汽車車身設(shè)計(jì)技術(shù)、方法及制造工藝新技術(shù)的研究可以看出，在未來的汽車領(lǐng)域，新材料、新技術(shù)對汽車的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。因此，在汽車的發(fā)展過程中，要與時俱進(jìn)，吸納高新技術(shù)人才，善于運(yùn)用現(xiàn)代化高新技術(shù)，促進(jìn)汽車的發(fā)展更符合人們的要求，同時也幫助汽車行業(yè)在未來可以得到更好的發(fā)展。

（作者單位：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院）