钢铝混合车身先进连接工艺

钢铝混合车身先进连接工艺摘要：汽车车身的连接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连接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。关键词：车身；连接设计；新技术刖言低碳环保、安全节能、智能化、轻量化是汽车行业发展趋势，车身连接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，如何提高车身的连接设计及制造水平，提升产品竞争力是当前研究的热点。1汽车车身连接设计技术为保证整车结构刚度及安全性能要求，采用了以轻质铝合金材料为主，超高强度钢板为辅的钢铝混合车身结构。整车铝合金比例达到88%。在钢铝混合车身结构连接设计时，大量使用了钢铝混合车身连接工艺：自冲铆接（SPR）、自攻螺接（FDS）、螺栓连接、压铆、拉铆等冷连接工艺以及铝点焊、激光焊、铝弧焊、铝螺柱焊等热连接工艺。汽车在使用钢铝混合车身先进连接工艺时，实现了两大创新：（1）热连接技术与冷连接技术的组合应用，优势互补；（2）几乎覆盖了所有车身连接工艺。汽车车身钢铝混合连接技术目前已经大量应用，形成了一系列完整的数据与经验，将引领行业发展，指引方向。1.1车身的连接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。全新整车连接设计开发一般分为预研立项阶段、概念连接设计阶段、详细连接设计阶段、连接设计验证阶段、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。车身连接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连接设计阶段通常会根据总布置和造型进行主体架构的连接设计构想，再进行详细结构连接设计。概念连接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连接设计思路，在概念连接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连接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。2制造工艺的新技术2.1新成形技术（1） 内高压成型技术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。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） 连接杆的利用稳定杆连接杆一般通过支架安装在减振器上，对于这种安装方式，目前主要有两种布置位置，一种是安装支架布置在减振器前侧，然后通过支架把稳定杆连接杆安装在减振器上;另一种是安装支架布置在减振器后侧，然后通过支架把稳定杆连接杆安装在减振器上。对于麦弗逊悬架来说，由于受到布置结构及空间位置的限制，减振器轴线跟主销轴线在X向偏差不是很大，因此稳定杆连接杆上安装点布置在减振器前侧就可以看做布置在主销前侧。同样，布置在减振器后侧可以看做布置在主销后侧。⑴稳定杆连接杆布置在主销后侧，跟转向相关的参数ridesteer、rollsteer会增大，最大增幅为104.11%，但跟悬架刚度相关的参数wheelrate,rollrate会减小，最大减小量10.94%;⑵稳定杆连接杆布置在主销后侧，会导致整车不足转向度增加20.59%，车辆稳定性变好;但也会造成整车侧倾梯度增加2.24%，整车安全性变差；（3）稳定杆连接杆布置在主销前，跟转向相关的参数会减小，但跟悬架刚度相关的参数会增大;反之，稳定杆连接杆布置在主销后，跟转向相关的参数会增大，但跟悬架刚度相关的参数会减小;同时，稳定杆连接杆在主销前后的位置确定后，对稳定杆连接杆位置的微调也会造成转向和悬架刚度相关参数发生变化，因此，在对稳定杆连接杆进行设计时也需要考虑。稳定杆连接杆后移，跟转向相关的参数会增大，但跟悬架刚度相关的参数会变小;反之，稳定杆连接杆前移，跟转向相关的参数会减小，但跟悬架刚度相关的参数会增大。原因在于稳定杆上安装点调整过程中，造成稳定杆连接杆到主销的力臂变化，引起连接杆绕主销的力矩发生变化，最终导致跟转向和悬架刚度相关参数发生变化。这说明稳定杆连接杆布置在主销后侧，要保证车辆跟转向相关的参数足够理想，也需要对稳定杆连接杆的布置位置进行优化。同样，稳定杆布置在主销前侧，为了使车辆跟悬架刚度相关的参数足够理想，也需要对稳定杆连接杆的布置位置进行匹配。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连接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