浅谈汽车车身设计与制造工艺新技术

乐雪胜，孙东洋，刘明



浅谈汽车车身设计与制造工艺新技术

乐雪胜，孙东洋，刘明

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 511434）

汽车车身的设计与制造是汽车生产中的重要环节，也是汽车生产新技术研究的主要内容。文章主要阐述了汽车车身相关设计方法及新工艺的应用，希望对车身相关从业人员予以借鉴参考。

车身；设计；新技术

前言

低碳环保、安全节能、智能化、轻量化是汽车行业发展趋势，车身设计开发与制造是整车开发重要组成部分。随着中国汽车保有量的不断增加，汽车增速逐渐放缓，更新换代周期越来越短，汽车市场的竞争也越来越激烈，如何提高车身的设计及制造水平，提升产品竞争力是当前研究的热点。

1 汽车车身设计技术

1.1 车身的设计开发流程

当前主流汽车厂商通常将整车开发过程分为多个阀门进行管控，并对每个阀门制定了通过原则，以确保每个阶段开发活动满足要求，可以进入到下一个阶段。全新整车设计开发一般分为预研立项阶段、概念设计阶段、详细设计阶段、设计验证阶段、生产认证与量产阶段。每个阀门点都有相应的核心工作和通过原则，只有满足相应的要求，才能进入下一个阀点。各个开发阶段相互交叉、同步进行，通过项目管理团队对整车开发质量、成本、进度进行协调管控。车身设计开发是整车开发的一个重要组成部分，遵循整车开发流程并贯穿整车开发的全过程。

1.2 车身平台化模块化

随着汽车行业竞争加剧以及消费者对汽车品质要求的不断提高，各大汽车厂商推出新车型的速度不断加快。车身平台化、模块化开发的运用，不但可以大幅缩短研发的周期、降低开发成本，提升规模效益，而且可以有效降低技术风险、提高产品可靠性。基于新的平台发展规划策略，丰田、大众、通用、日产等主流汽车企业越来越多的新车型逐步上市，增强了市场竞争力并取得了良好的经济效益。国内自主品牌也从早期的完全逆向开发逐渐进入到正向开发阶段，并开始重视并加大平台化研究。

1.3 车身新结构新材料的运用

（1）车身新结构

车身概念设计阶段通常会根据总布置和造型进行主体架构的设计构想，再进行详细结构设计。概念设计阶段运用先进的仿真分析方法，不需要详细的3D几何模型就可构建前期概念有限元模型，进行大量有较大差异的方案分析并逐渐优化，按照先整体后局部的设计思路，在概念设计阶段确定车身整体框架结构。通过大量典型的闭环结构应用并配合接头的优化设计使整个车身框架构成一个整体，载荷的传递更顺畅更直接，可以大大提高车身弯扭刚度，疲劳耐久和碰撞性能。

（2）车身新材料

汽车车身用钢通常分为低碳钢（LSS）、普通高强度钢（HSS）、先进高强度钢（AHSS）、超高强度钢（UHSS）和热成型钢（PHS）五类，其中以相变强化为主的钢板统称为先进高强度钢板，通常强度范围为500-1500MPa，具有轻质、碰撞性、疲劳强度和成型性能好等优势，在白车身轻量化设计中广泛应用[1]。汽车用钢中AHSS所占得比例逐渐上升，世界各国正致力于第三代 AHSS 的研究与开发。目前，主要应用于汽车的车身底板、行李架、车门内板等部件上AHSS有高强度IF钢、DP钢等。应用于保险杠、前/后纵梁、底板/顶盖横梁、车门防撞梁、门槛、ABC柱等部件上的AHSS有DP钢、CP钢、TRIP钢、马氏体钢等。

铝合金材料在国外以及国内新能源车身中已获得广泛的应用。主要用于覆盖件（如发动机罩盖、车门、地板面板等）和结构件（如前后保险杠横梁、减振塔、前后纵梁、门槛梁等）。由于综合成本因素以及铝合金在成形性、力学性能、焊接性能上存在的问题，目前国内传统燃油车车身仍然以钢制为主。随着铝合金技术的发展，更多高性能低成本铝合金将不断取代钢材，应用于车身设计。

非金属材料，如工程塑料、复合材料等广泛应用于车身设计中。工程塑料较多应用在汽车外覆盖件上，如翼子板、车门内板等。复合材料具有密度小、设计灵活、易成形、耐腐蚀等优势，并且能够达到和金属材料相近的性能，在车身加强件、发动机罩盖、后背门、后防撞梁等部件上获得应用。

2 制造工艺的新技术

2.1 新成形技术

（1）内高压成型技术

内高压成形工艺属于液力成形技术范畴，其工作原理是通过内部加压和轴向加力补料，把管状坯料压人到模具型腔，使其形成各种所需零部件[2]。与传统冲焊零件相比，内高压成型具有材料利用率高、减少零件数量、提高强度与刚度等优点。理论上，所有带腔体的车身结构件都可以采用内高压成型技术。据统计，北美生产的车辆中有50%的结构件采用内高压成形技术。

（2）热成型技术

与冷冲压相比，热成形过程中板料是在红热状态下冲压成形的。先将常温下强度为500～600MPa的硼合金钢板送入加热炉内加热到880～950℃，使之奥氏体化，然后送入内部带有冷却管道的冲压模具上冲压成形，在成形同时由模具表面将钢板冷却、淬火，使之发生相变，把奥氏体转变成马氏体，零件强度可以达到1500MPa，可广泛用于A柱、B柱、C柱、车门防撞梁等安全结构件。近年来，热成型技术得到进一步发展，可在传统热成型零件基础上设置软区，在设定的软区位置获得较低的刚度和硬度，可改善碰撞性能和连接性能，避免碰撞时焊点开裂。

2.2 新连接技术

（1）等离子焊接技术

等离子焊接技术是通过产生高强度等离子束针对材料进行特殊的熔化，并且随着等离子弧的推进关闭待焊接的孔，从而有效地减少变形。其主要优点是：提高焊接韧性和强度，避免了焊接变形，车身表面更加美观，提高生产效率，有效降低设备的日常维护费用。

（2）胶接技术

胶接技术是通过胶粘剂与被连接件之间的化学反应或物理凝固等作用将材料连接在一起，采用胶接技术可以实现良好的抗疲劳性、隔音性和减振性。对于多材料混合车身，目前多采用机械连接+结构胶的形式，如结构胶+FDS、结构胶+SPR、结构胶+铝点焊，可以隔绝异种金属接触从而避免电化学腐蚀，因此在铝合金及钢铝混合车身上具有明显的优越性。

（3）激光焊接技术

激光焊接技术是将高强度激光束焊接到钢板表面，以促进两者之间的作用，使金属通过激光熔化和结晶冷却的焊接。激光焊接的显著特点是焊接速度快，形成深而窄、热影响区小的焊缝。焊接一致性、稳定性好，一般不添加填充金属和焊剂，并能实现部分异种材料的焊接。光束易于控制，焊接定位精确易于实现自动化。

3 结语

综上所述，汽车车身新技术的研究，主要可分为汽车车身设计技术和制造工艺技术这两个方面。随着整车开发流程的不断改善，仿真分析方法的不断创新提升，以及新的工艺技术突破，车身平台化模块化是大势所趋，先进高强钢、铝合金、复合材料的使用将会越来越普及，高性能车身开发周期将会越来越短。

[1] 王小川,孙琦,秦信武.白车身新材料应用及制造工艺发展研究[J].汽车工艺与材料,2015（3）:10-15.

[2] 王磊,师德钦,李国亮.汽车车身设计及制造工艺新技术研究.河南省汽车工程科学技术研讨会.2013（01）.

New Technology of Vehicle Body Design and Manufacturing

Le Xuesheng, Sun Dongyang, Liu Ming

( Guangzhou Automobile Group Co., Ltd.. Automobile Engineering Research Institute, Guangdong Guangzhou 511434 )

The design and manufacture of automobile body is an important link in automobile production, and is also the main content of new technology research in automobile production. This paper mainly elaborates the automobile body rela -ted design method and the application of new technology, hoping to provide reference for the automobile body related practitioners.

car body; design; new technology

U466

A

1671-7988(2019)07-121-02

乐雪胜，就职于广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院。

U466

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1671-7988(2019)07-121-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.040