汽车车身设计与制造工艺技术实践探讨

叶明礼 刘新奇

摘 要：汽车的组成主要有三大部分，即车身、发动机和地盘。车身既是驾驶人员的工作地，也可以容纳货物或者乘客，是汽车最主要的骨架结构。在汽车车身的开发和研制过程中，研发与制造系统的同步工程的协调，制造系统内部各专业同步工程的协调，直接关系着汽车的开发周期、质量、成本、生产效率，以及市场销量。

关键词：汽车车身;设计;制造

1.车身设计技术创新研究

在车身设计技术研究中，传统的设计技术已经不再适应新型汽车设计要求效率与质量。因此我们针对传统技术特点，开展了新型设计技术发展研究。在实际的设计过程在其主要过程包括了以下环节。

1.1车身计算机建模设计技术应用随着计算机应用以及三维模型技术的发展，为车身建模技术创新提供了发展机遇。利用计算机三维模型技术进行车身建模，其工作效率与质量有了很大提升。现在汽车设计中我们常用的建模软件是CAD/CATIA复合建模软件系统。这一技术的建模过程包括了以下步骤（1）根据目标与数据形成三维视图。这一过程就是将车身设计需要完成的目标以及车体形状、车门、车窗等各类建木所需数据输入软件系统，进而形成三维图像的过程。之后再根据三维视图展现出的车体效果进行设计修改（2）建模成功。在三维视图基础上，操作人员使用CAD/ CATIA 绘图软件建模功将三维模型组成三维立体模型。（3）模型数据测试。CAD/CATIA 类软件一般都具有运动和应力的分析与校核测试工作，进而可以针对数据形成校核参考数据，为设计数据质量提升提供支持。（4）最终完成建模过程并发布数据。建模人员将校核检查数据内容进行分析，进而通过软件操作对模型进行修改，即可形成最终模型数据。最后建模人员将数据冻结，并最终发布。

1.2车身设计应考虑的问题在模型设计过程中，技术人员需要考虑的问题较为复杂。

我们将这些属性内容进行汇总分析，将其概括为以下几点。一是生产性能，即车身在生产过程中利于生产操作、质量控制、成本控制的开展，同时为汽车上路后的维护、修理、零件更换等工作的开展。二是使用性能，即根据汽车设计用途（跑车、客车、越野等）、乘客使用性能、适应公路条件等使用性能进行设计。三是汽车的安全与可靠性，确保汽车行驶中驾驶者与公共交通安全。四是经济与环保，确保汽车在行驶中用油耗能与其他（如电力）动力耗能的降低，在提高驾驶者经济效益的同时，提高汽车环保性能。五是车身内外饰装饰情况。即根据车身的内外结构以及行驶特点，确定汽车颜色、体型、流线性、雨刷等构件以及内部装饰情况等内容。

2.汽车车身制造技术

2.1 采用先进的车身制造工艺

2.1.1 提高模具设计质量

模具设计质量与整车开发周期及车身质量之间有着直接紧密的关联。一般来讲，对于成功的模具设计而言，其基础保障在于计算机辅助手段的应用。汽车车身模具设计主要从工艺及结构两方面入手，在工艺设计中，首先要分析产品图及相应的数学模型，在此基础上确定整形模与成形模的关系、拉延筋位置及数量、工艺补充面、冲压方向等相关工艺参数，从而使零件冲压时产生的表面损伤、起皱、拉裂、回弹、压边力等问题得到有效解决。

目前，我国的车身模具设计已形成了一套规范的操作体系，以确定的工艺参数为依据来决定模具部件的相关参数。此外，利用计算机辅助设计手段，有助于更好的预测，增强模具设计工作的精密性，有效避免后期模具制造过程中的手工修正。

2.1.2 改進车身组装工艺

钢板是汽车车身零件的主要构成材料，因而传统的车身组装大都会采取点焊工艺。但随着科技的进步，铝合金已逐步应用到车身材料中，此时点焊工艺已不再适合，基于这一点，汽车制造企业开始应用一些新的车身组装工艺，比如溶融焊接、机械联接、压接、摩擦搅拌联接等。实践证明，这些新型组装工艺能够产生与点焊工艺相当甚至高于点焊工艺的联接强度，车身组装效果良好。

以机械联接工艺下的自穿铆接工艺为例，该工艺能够对材质不同的金属板件进行联接，而且不会对零件表面产生任何破坏，作业环境好，能够产生较高的联接强度，不会产生热辐射、火焰及飞溅的火花;

当然，该工艺也存在一些缺陷及不足之处，比如对设备专业性要求较高、联接件表面不平整、铆钉尾部比零件表面高、铆钉输送不方便等问题。

2.1.3 加强车身表面分块的合理化

合理的车身分块对车身质量的影响也是非常大的。条件允许的情况下，尽可能选用大体积甚至一体化的零件。

现阶段，汽车整体顶盖以及整体侧围在车身制造过程中都得到了普遍的应用，所谓整体侧围是集成了传统意义上分散制造的A、B、C柱，门槛、顶盖边梁及后翼子板，实现了零件的一体化。而对于车身其它部位的零件，也应尽量采取一体化的设计方式。相比分块组装工艺，一体化结构的零件设计与组装工艺能够节省设计图纸与相关费用成本、提高车身焊装尺寸及表面精度、提高管理效率，确保汽车车身质量得到有效的控制。

2.1.4 完善车身本体组装工艺

现阶段，我国大多数汽车制造业的车身焊装线已实现全自动的运作模式，线上全部作业由机器人来操作，这种运作模式提高了作业效率及质量，提高了生产的安全性。特别是结合在线激光检测系统，能够显著提高车身焊接的速度与精度，从而实现对车身制造质量的有效控制。

此外，随着科技的快速发展，电动工具会逐步取代原有的气动工具，相比气动工具，电动工具噪音污染小，而且电动工具受计算机系统的控制，能够实时动态监控生产线作业状况，提高车身组装的准确率，从而使车身制造质量得到有效保障。

2.2 应用以持续提高质量为中心思想的“2 mm”工程

一般来讲，化工、电子、机械等领域内涉及到的任意一项工艺的过程监控都可以采用工程过程控制法及统计过程控制法。其中，工程过程控制原理是设定一个检测量及控制界限，当检测量超越恒定的控制界限时系统就会发出报警信息。比如，汽车车身上的测点结果在固定的公差范围之外时，车身系统就会发出报警提示。而统计过程控制原理是以检测量历史数据为依据对当前控制界限进行计算，以此来判断系统的运行状态。比如，以汽车车身测点历史测量数据为依据绘制相应的控制图，以此查看系统状态。通常情况下，这两类过程控制法能够发挥明显的功效，但是汽车车身制造工艺复杂程度极高，往往会产生上百个车身零件过程监测点，在很大程度上增加了车身制造过程状态判定的难度。

基于此，上海通用结合车身制造特点，在汲取两类过程控制法优势的基础之上提出了“2 mm”工程过程控制方法，并取得了显著的应用效果。

“2 mm”工程的中心思想是车身尺寸质量的持续改善，它要求车身尺寸关键测点的波动范围在2 mm以内，该技术主要利用关键测点（单个测点及整车测点）的6 σ值来评定车身尺寸的质量，而且从持续质量改进指数的曲线图中可看出车身尺寸质量的变化趋势。

一般来讲，车身测点数据的采集工作是由三坐标测量机负责完成的，但由于我国一些车企硬件设施条件受限，无法开展频次较高的采样作业，因此，对于车身尺寸质量稳定性评价工作而言，统计过程控制方法并不适合。

目前，我国车身制造车间内的车身尺寸质量评价方法及指标主要是“2 mm”工程。实践证明，“2 mm”工程的应用有助于车身制造过程中尺寸质量问题的发现及改进，实现了车身制造过程中良好的质量控制。

参考文献：

[1] 林忠钦，金隼，王皓，等.复杂产品制造精度控制的数字化方法及其发展 趋势[J].机械工程学报，2013，（6）.

[2] 王宇翔，李珊珊，宋晓萌，等.浅谈汽车制造精度控制的数字化方法[J].科 学与财富，2014，（3）.