汽车车身设计与制造工艺技术实践探析

汽车车身设计与制造工艺技术实践探析

邹则伟胡家岩

保隆（安徽）汽车配件有限公司安徽宁国242300

摘要：现代汽车结构主要是由发动机、底盘、车身和电器或电子设备四大主要部分组成。而设计制造的工艺主要集中于车壳的结构设计、车身内部自动化控制系统集成、车体零部件的拼装和焊接。其中车壳和底盘的结构设计，主要主导因素在于当代的车体流线型设计符合空气动力学的原理，并且能够减少风阻，从而降低油耗的损失，除此之外底盘承重范围内的轻量化处理也能节约能量的损耗。车身内部数字化控制系统精确分析车辆的行驶情况从而确定最优控制方案，在一定程度上降低能源损失。车体结构的紧凑性决定了车身的强度和寿命及加工拼接组装焊接工艺等。因此就目前来看，汽车设计与制造如何达到我们理想的最优化设计成为了主要考虑的的方面。

关键词：汽车车身设计；制造工艺；探析

引言

1、新材料的解析和汽车材料的发展趋势

1.1、新材料的解析新材料

顾名思义就是最新发展的材料，与传统的材料相比，最明显的特点就是性能突出。极大符合人们对高科技的要求。新材料在国家“十三五”规划中被称为“后起之秀”成为我国一项新兴产业。并且根据相关材料市场的报告，材料行业的总产值增长率较高，增速较快，是我国行业发展新的方向。新材料可以按照不同标准进行划分，比如按结构组成和性能以及用途和性质进行分类。其中按性能主要有结构材料和功能材料两大类，按结构组成上主要由金属、有机高分子、先进复合材料和无机非金属材料组成，极大满足生活生产的多种需求。

1.2、汽车材料的发展趋势

随着时代的高速发展，汽车行业也发展迅速，人们对汽车性能有了新的要求，以便更好满足多种需求。针对汽车未来发展趋势来说，需要从三大方面入手，分别是轻量化、节能和环保。要达到汽车轻量化的要求，就必须在传统材料的基础上，不断深入改进汽车材料性能，使用新型材料，有效减少能源消耗和排放尾气污染，提高汽车技术全面发展。对于汽车材料的未来发展方向主要是：钢材材料使用率降低，新材料比如：有色金属、复合材料等用量大大提高，新材料逐渐取代传统材料，不断应用到模具设计和汽车制造中。

2、汽车设计的基本要求

2.1、传统车身设计方法

首先初步设计的第一步骤就是先设计效果展示图，即预先设计好对汽车总体的一个草绘图或者计算机仿真图，然后根据所给的效果图初步定义1:5的车身模型，定好车身之后，再去定义剩下部分车身零件的油泥模型。接下来第二步骤就是通过上述油泥模型的修正和改进，进行一个初步的模拟，倘若符合制造要求，再绘制1:1的规划图，1:1的油泥模型和1:1的内部模型。然后第三个步骤就是绘制车身主图版，根据主图版来制造车身部分内外散件和车身主模型，至此完成半成品。再到半成品各个表面取样进行模具设计和图纸设计。这种设计在最初的阶段中主要靠人工从油模到图纸来确定各个参数，一旦中途出现稍许差错就会导致主体和模型进行大面积的修改，而这些修改往往会导致生产成本增多，生产周期延长，人工劳动力加大以及误差变大导致优化设计难度加大等等系列问题。

2.2、CAD/CAM仿形设计方法

随着计算机的发展，市面上越来越多的仿真软件正在被汽车厂商广泛使用，传统的车身设计方法正在被目前随科技逐渐发展的各类计算机仿形方法所代替。由于计算仿形能够有效的精确地处理由于人为影响和尺寸参数因素影响下的各种复杂精密的曲面车身和部分车组零件，极大效率的缩短汽车的设计周期和加快汽车模型和图纸的完成度和精度，由计算机辅助软件代替了手工繁琐的设计过程，更能加快一辆汽车的研发与设计制造。所以计算机仿真在汽车设计制造中占据了不可或缺的重要一环。计算机仿形设计（例如CAD/CAM）方法的工作原理为通过现代数字化控制软件建立一个类似soildworks的假设模型，然后通过计算机给定的各类参数来确定复杂曲面的信息，例如曲面的曲率，材料加工成型后的强度和刚度以及曲面的疲劳强度的模拟，甚至于对汽车撞击的多种假设拟合，从而确定车体的设计是否符合或者达到预期的标准。

3、汽车制造的基本要求

3.1、车身冲压成形模拟

基于过去的经验，普遍认为车体表面成形使用冲压成形是合适的，实际上制造非对称复杂壳体由两焊接冲压件制造，基于完整的流水线生产策略，数值模拟，和初始毛坯尺寸形状确定。因为在生产过程中压缩和拉伸的操作程序对适用于制造壳的冲压板的生产能力的防护方法进行了数值模拟的评价。基于上述的评价，稳定性能好的数字化程序会被选定为冲压模具的生产。然后对板材进行液压成形，综合部分工艺进行了优化与可靠性的约束，生产的模具和产生的流体压力利用有限元程序的计算机计算进行大变形模拟。还有板材原料的作用对变形行为进行了校核。板材液压成形的实验通常以比例尺度与实际尺寸为1:5的标准执行，液压成形模拟出1:5的实物和小尺寸。以下将会讨论新的部分，即简化模型，模拟的步骤和假设边界条件。

3.2、蜂窝夹芯复合板和泡沫合金板的应用

蜂窝夹芯复合板具有多种分类，主要是根据夹芯材料的不同划分的，比如有玻璃布蜂窝和铝蜂窝等，不同材料都有明显优势，在汽车制造工艺中发挥着重要的作用。蜂窝夹芯复合板在车身上得到广泛的应用，主要是源于其轻质抗震隔热等突出特点的原因。其中以聚丙烯作为芯的钢板有效减轻零件重量，同时冲压成型更加简单。另外泡沫合金板密度较小，同时具有较好的弹性，能够承受外力的冲击，被广泛应用到汽车制造中。泡沫合金板也有很多细小的分类，汽车制造中可以根据不同需求进行不同选择。

3.3、边界条件

使用板材液压成形生产的最终产品的质量，在很大程度上取决于工艺参数的设定与确定，如压力、摩擦、初始空白的位置和尺寸、冲裁半模装置等。建立适当的程序参数组合后初期的空白往往就能通过几种方法进行计算，在不同模拟环境下，使用商用有限元边界条件代码。所有的模拟工具在金属薄板构成变形的材料（冲床、压力室、零部件和半模装置）通常被认为是刚性的。流体压力被认为是均匀分布在金属板的相对表面。因此，冲头运动和液体压力作用在相反的方向，能形成多种多样的复杂形状。流体的压力变化范围从0到30MPa。接触表面定义了板件和工具表面之间的条件，这些都是基于非线性接触面接触策略制定。通常假定库仑摩擦定律和摩擦系数被认为等于0.01。壳体仿真生产，即铸造之后的冷冲压或板料冲压是使金属板料在冲模中承受压力而被切离或成形的，在程序基础上得出案件考虑工具的配置，可以建立凸模、压边、板材表面之间的联系，而在一定范围内进行运动流体压力的其他副料表面被认为是半模控制。

结束语

综上，21世纪的强大计算机辅助软件的运用是当代汽车生产的必然趋势，相信在未来对于汽车系统的科学改进和虚拟设备的研发与实际投入将会是一条不断摸索与探寻的道路。

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