汽车车身覆盖件技术现状和制造工艺发展

汽车车身覆盖件是汽车与空气接触面积最大的部分，车身覆盖件的设计让汽车外形更加贴合汽车空气动力学，让汽车外形更具有科技感，同时迎合大众审美。陈承杰等设计了一种类似孔雀开屏的汽车尾翼，通过CFD模拟验证了该尾翼在汽车行驶过程中产生下压力的效果，做出了性能评价。张震等通过对现有跑车外形进行三维建模和对模型进行空气动力学仿真，通过局部优化达到了降低空气阻力的目的。Alessandro Ferraris等通过设定位于汽车轮罩的空气流量控制装置，通过风洞试验的方式对城市客车空气动力学进行改进优化。在空气动力学方面，主要通过优化汽车覆盖件外形、增加尾翼、局部增加装置调整空气阻力、隐藏式门把手、电子后视镜的方式优化汽车空气动力学。

汽车覆盖件中发动机罩盖和尾厢盖板外形发展来看，最初的发动机罩盖和行李箱盖属于方正外形，如来自1930年的雪铁龙Traction Avant宣传海报上的雪铁龙Traction汽车的发动机罩盖，如图2a所示。雪铁龙C6车型，如图2b所示。雪铁龙C6汽车发动机罩盖在外形上更符合汽车空气动力学，设计趋向低趴、扁平和过渡光顺。

在满足结构和功能性的前提下，提升对汽车外形审美的设计水平。以轿车为列，如国内某自主汽车厂商的 2012 款车型到 2022 款新车型，在发动机罩盖和行李箱盖方面都有呈现向过渡光顺、低趴式的趋势发展，车型上溜背汽车外形更加突出和采用了开口空间更大的掀背式尾门，通过边缘检测，如图3所示。

在2016年10月中国汽车工程学会年会上发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中显示，到 2030 年要大幅度增加高强度钢应用，单车用铝合金超过350 kg，碳纤维超过总质量的5%，此次会议上展示了轻量化技术，预计从2015年到2030年，实现从18%到40%的减重目标。在2020年修订的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中，轻量化被列为九大技术方向之一，预计2035年燃油乘用车整车轻量化系数降低25%，纯电动乘用车整车轻量化系数降低35%。

车身轻量化通过降低车身的质量达到降低能源消耗和降低产生污染物的目的，轻量化研究方向主要围绕轻质材料、结构优化、制造技术、铝合金和高强度钢以及塑料应用进行展开。王童等通过建立城市客车车身模型，对其进行多工况分析以及多方向结构优化达到轻量化的目的。韦学军等基于碰撞角度，从碰撞结果对车身结构进行轻量化结构优化，这样既得到了安全性，又达到了轻量化目的。高丰岭等通过将碳纤维复合材料应用到汽车车身，达到了降低车身质量的目的。Martin Ivanjko 通过使用新型高强韧钢材（Twinning Induced Plasticity Steel，TWIP），同时应用新型连接钉进行连接，二者共同配合达到降低了车身质量的目的。采用全铝车身相对于钢材可以达到减重 40%以上。轻质材料的制造工艺研究和轻质材料典型部件的系列化、标准化和研究相关轻量化指数都可以作为研究的方向。

车身覆盖件多数由内外板组成，外板通常为 A面，对表面质量要求高，目前由于冲压技术的相对成熟、冲压设备的完善和模具生产设备的完善，所以车身覆盖件成形工艺最多的仍然是冲压成形。为了优化冲压产品的减薄率情况以及表面起皱情况，主要集中在对冲压成形工艺参数、回弹方面进行研究。王康康等将正交试验和神经网络引入汽车行李箱盖冲压成形过程中，神经网络对冲压参数进行学习和遗传算法优化，获得了提高冲压成形产品质量的多参数组合结果。曹琳琳等针对U形较薄产品进行冲压成形回弹控制，确定了影响回弹的主要因素，同时对这些因素进行控制，最终降低了回弹。冲压仿真过程主要还是集中在对压边力、摩擦系数、冲压速度、冲压深度和拉延筋布局方面的调整，通过正交试验和神经网络优化算法以达到降低起皱和优化减薄率的目的。

压铸技术出现约在 19 世纪 20 年代，因为其本身可以直接避免冲压过程中遇到的起皱、R角、负角和模具出现互相干涉的问题，所以对压铸的研究也是在逐渐深入。因为压铸主要研究方向集中在优化压铸产品的成形内部质量和表面质量，所以主要研究压铸的工艺参数、压铸流道、模具和冷却。

如今特斯拉公司和沃尔沃汽车公司开始将其压铸技术引入国内，在国内建立大型压铸车间，用于生产汽车零部件，并且有意愿应用于一体式汽车车身生产。Kurtulus等通过建模和设定随形冷却的模具结构，获取到了更加均匀分布的模具表面温度，相对降低了冷却时间，获得了拥有更好质量的成形产品。牛志超等将高压压铸应用于薄壁件进行了可铸造性、缺陷和力学性能方面的研究，得到了产品屈服强度和延伸率二者与浇道远近的位置关系，并且得到了大型薄壁件压铸产品容易在力学性能不均匀性方面出现问题的结论。总体而言，本文在车身覆盖件成形技术方面分析结构图如图4所示。

汽车车身目前还是采用多零件拼接而成，因此需要较好的连接工艺。提升连接工艺的技术手段也可以达到轻量化的目的、降低材料成本、人力成本和时间成本。

目前，汽车车身连接主要采用焊接、铆接、粘接方式进行连接，同时采用多种焊接结合的方式，在最新一代的奥迪A8全铝汽车上应用了14种焊接技术，其中包括激光焊等8种热连接技术和冲铆连接等6种冷连接技术。

车身焊接主要包含电阻焊、电弧焊、激光焊接等。电阻焊通过局部电流产生电阻热的方式将局部工件熔化，熔化的部位进行熔化焊接，具有焊接质量好和焊接速度快的优点。电弧焊通过电焊丝与部件之间的电弧作为热源进行焊接，并且同时需要一定的保护气体，比如二氧化碳。激光焊接是一种较新的焊接技术，利用激光束作为热源进行焊接。因为其焊接质量好、耗时短、节省材料、焊接件不易变形的优势被广泛使用于汽车车身焊接。

焊接也会对产品造成一定的质量影响，因此对焊接也进行一定的技术优化。赵建姣等将激光飞行焊接技术应用到白车身车门，飞行焊接指的是激光焊头通过CAN总线的方式与机器人通讯，实现激光飞行焊接的功能。通过试验证明了飞行激光焊接的可行性，也获取了相应的影响参数，为此技术的发展提供了优化方向。

铆接比焊接在车身上的应用较少，主要有自穿钉铆接、无铆钉自穿铆接和压力穿刺铆。目前中国重汽集团将螺母冲铆工艺应用到汽车白车身连接工艺中，验证了此工艺装配精度高、工件变形小、节能环保、易于实现自动化目的。

粘接车身技术是用结构胶粘实现车身粘接。结构胶指强度高、能承受较大荷载，且耐老化、耐疲劳、耐腐蚀，并在预期寿命内性能稳定、适用于承受大载荷结构件粘接的胶粘剂。张士展等对车身结构胶性能进行了仿真，通过多种试验对结构胶失效进行模拟验证。结构胶常常用于车上的塑料件粘接，在车身连接制造技术上的应用仍处于探索阶段。

汽车车身使用材料以钢材、有色金属铝材料、非金属为主要使用材料，汽车车身用主要材料分类如下表1。