轿车车身结构及焊接工艺优化设计探讨

轿车车身结构及焊接工艺优化设计探讨

赵金山

浙江吉利远程新能源商用车集团有限公司商用车研究院，浙江 杭州 310020

摘要：在市场经济发展中，企业间竞争越发激烈，从单纯核算经营成本开始转变为核算价值链成本，基本包括汽车产品从研发到售后服务整个过程，这都是价值链成本控制的重点，从而实现作业成本分析。从车身工艺设计来说，研发阶段基本占据80%产品成本，生产阶段只占20%成本。轿车车身结构和焊接工艺都是在设计阶段中，对产品质量和成本都会产生重大影响。因此，应当对车身结构及焊接工艺优化设计，降低轿车生产成本，以此保障汽车生产企业稳定发展。

关键词：轿车车身结构；焊接工艺；优化设计

我国当前成为世界上汽车消费大国，中国汽车市场繁荣推动了全球汽车生产企业的发展[1]。当前，我国汽车生产企业走处于转型时期，因传统能源价格上涨，大量企业开始生产新能源汽车，推动车身设计技术和制造技术得以发展[2]。从汽车制造过程来看，基本上使用大批量、流水线作业生产方式，但是这种生产过程对成本非常敏感，直接造成汽车成本和竞争优势有着密切的关系[3]。因此，汽车生产企业都非常重视工艺设计水平，特别是对车身结构及焊接工艺高度关注，通过对此进行优化设计后，有效实现企业高质量发展。

一、轿车车身结构的优化设计

从产品设计方面来说，轿车结构需要从产品批量、投资规模、产品系列、工艺等进行全面考虑[4]。车身顶盖、侧围、发动机罩、翼子板、行李箱尾门等车辆外观使用整体冲压件，车门下部用整体冲压件，上部用滚压型材，与车门内板焊接成车门整体[5]。与上述覆盖件内板使用焊接方式形成合件，并且经过涂胶、包边等工艺实现外观合件。对于有的部件需要开孔的，一般孔型圆形和椭圆形为主，便于进行冲压成型。底板骨架在设计过程中，会充分考虑抗扭性、通用性等，基本使用点焊方式对各部件进行衔接，有效避免设计过程造成的零件磨损，以此增强车辆行驶的稳定安全性。

在对车身结构优化设计中，纵梁类槽型零件往往使用93°设计为主，能够便于进行冲压件几何尺寸设计，降低磨损风险，也可以增强料箱装载效率。在行李箱入口设计中，一般不会使用车身装密封条的垂直设计，这种结构增大行李箱使用过程产生的摩擦力，很容易增大行李箱使用难度，也会降低密封条生命周期。因此，针对三厢车设计过程中，行李箱基本都采用垂直设计，呈现梯形状，这并非是考虑外观性元素，而是功能性的考虑。在密封条设计过程中，既要对功能性方面进行考虑，也要对美观性进行考虑，因密封条在使用过程会出现挤压，对开启过程产生反弹性，密封条压得越紧，产生的密封作用越好，但是增大开启难度；密封条压得越松，虽然可以实现更好的开启效果，但是很容易漏水，也会产生更大的噪音。密封条形状、材质等都对美观性产生重大影响，这需要全面分析开启过程和密封条配合程度，从而降低二者产生的摩擦力，有效设计出最佳的参数。

二、轿车焊接工艺的优化设计

在轿车焊接工艺优化设计中，需要对整个使用过程进行全面分析。

第一，焊接夹具。一般情况下，气动夹主要使用杠杆压头，这种结果操作简单，也可以有很好的磨损功能，使用价格也比较低，便于进行后续保养维修。

第二，点焊焊接参数。在轿车焊接过程中，主要使用点焊方式，需要严格遵守中等焊接制度，使用更强的规范标准也可以实现很好的生产效率，但是焊接过程会产生非常大的飞溅，既会造成大量的环境污染问题，也会加重设备的清理难度，甚至会造成焊接烧穿等问题。特别是在对焊接参数明确中，需要结合现场实际情况进行调整，不能直接选择实验室中获取的各类最佳点焊接参数，以此保障焊点质量更高。

第三，气体保护焊。在使用气体保护焊中，会将二氧化碳作为保护气体，但是需要合理选择焊机、焊接参数等，才能有效解决飞溅问题。氩弧焊使用成本非常高，应该对其进行慎重使用。

第四，包边工艺。针对包边过程中，往往都使用机器人技术进行，而且双轮滚边、无胎膜滚边技术也在加快应用。但是，使用机器人滚边相对于其他技术来说，灵活性更高、使用成本更低、质量优势更强等，被大量汽车生产企业进行利用。

第五，点焊设备。从现有轿车焊接工艺过程中，点焊设备一般使用分体式同轴电缆焊机，这是国内汽车生产最常用的一种，其使用成本低、便于维修、操作方便等优势让众多生产企业进行选择。而一体式焊机价格高，使用成本高；中频逆变点焊接设备价格虽然较高，但是焊接质量非常好，可以节约电缆；分体式双电缆设备价格是高于同轴的，焊接质量不高，还会产生较多损耗。

第六，合装夹具。这种设备在使用过程中，主要是对车身外观进行拼接，有着非常高的精度要求，一般需要适用于多种车型生产。侧围装和转动式结构在使用过程中，有着非常高的可靠性，适用于多种车型生产，也可以便于各阶段的维修工作，使用成本非常低廉等优势，受到众多车企的广泛使用。

第七，污染控制。在焊接工艺过程中，污染控制是非常重要的工作。为更好降低操作区域环境污染，应当对焊接过程进行全面控制，对各部件上的油污需要进行清理；在点焊区域中加装抽风装置，有效保护施工人员生命安全；在开展气体保护焊过程中，需要将作业区域设在封闭场所中，有效对焊接弧光进行规避，也可以进行集中排放污染；降低对传统能源叉车的使用次数，加强对新能源叉车使用。

第八，焊接机器人。一般情况下，针对车身结构较大的，可以使用焊接机器人进行操作，对内部构件可以使用人工焊。通过这样的方式，既可以提升焊接效率和质量，也可以更好完成生产任务。

第九，点焊控制器群控技术。这种技术主要会在自动化生产线中进行使用，也可以降低对电力容量需求，有效提升点焊质量。但是，在使用手动焊接过程中，不能对群控技术进行使用，尤其是人工焊接操作过程中，是不能使用群控技术，这种技术一旦在人工焊接中使用会造成重大的安全隐患，甚至产生人员伤亡。因此，在焊接工艺选择中，应当以适用性为原则，要充分保障焊接质量和可靠性，这需要选择合适的焊接设备，有效保障设焊接质量目标实现。车间生产工艺需要合理设计，确保安全性、效率性等目标实现。在生产线设计过程中，一般会进行多种化产品生产，使用可靠性更高、价格更低、维护更方便的夹具，有效保障焊接作业效率提升。因此，在对焊接工艺进行设计过程中，往往需要对全面因素进行考虑，充分提升焊接作业的安全可靠性，也要保障焊接人员生命安全，以此实现焊接作业的目的。

结束语

我国是世界上最大的汽车生产基地和销售基地，轿车数量增长非常快，国内车企竞争越来越激烈，促使各个车企都非常重视成本管理。特别是低成本管理，往往会将目标成本管理作为主要手段，从产品设计开始到售后服务都需要纳入其中。而且，车身结构和焊接工艺设计也是目标成本管理的重要内容之一，需要在设计过程中投入更多时间对设计方案进行对比，针对重大设计方案需要进行集体讨论，有效保障经济效益的获取，也可以确保更快推动车企实现成本目标，以此保障车企可持续发展。

参考文献

[1]王洪宇.轿车白车身梁截面和接头结构的优化设计[J].通讯世界,2018(11):261-262.

[2]谢朝辉.轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战[J].南方农机,2021,52(02):126-127.

[3]陈新.基于顶压及侧碰简化模型的轿车车身B柱结构优化设计[J].上海汽车,2019(10):28-36.

[4]吕彩琴,王宏伟,孙权.某电动轿车车身结构优化与NVH性能提升[J].现代制造工程,2020(10):57-61.

[5]张邦成,范质允,杨磊,李磊.轿车白车身顶盖前横梁柔性抓具结构设计与分析[J].长春工业大学学报,2021,42(01):1-6+97.