汽车设计中的「白车身」究竟指的是什么?

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白车身由车身结构件及覆盖件焊接而成,未经涂装处理。其制造涉及冲压、焊接、涂装、总装四大工艺,旨在确保车身系统的精确性和成本效益。白车身分为承载式和非承载式,前者更轻、空间更优,后者则强度更高。白车身的构造分为上车体和下车体,前者含覆盖件和结构件,后者为底盘或平台,模块化设计降低成本。

白车身零件在进行生产制造之前,是研发团队通过3D数据设计完成,在设计阶段,产品工程师需要将各种各样的工艺限制和实际需求集成到3D数据中。

整个设计数据成熟后,经过每个团队的确认后,会向工厂下达开模指令,这也是研发中心最主要的工作内容,可以在最大程度上确保每个单独的零件、每个总成到整个车身系统出现的误差达到最小,也是整车厂降本最重要的一环,因为一套模具的费用动辄几十几百万,像侧围这种长周期大件1000万分分钟,重新开模的费用极其昂贵。

一.白车身的四大工艺

在了解白车身的构成之前,我们需要简单的了解一下白车身的四大工艺,排名有先后。

白车身的绝大部分零件都是通过冲压成型工艺获得,少部分由辊压、热成型等工艺获得。

白车身钣金件最开始的状态可以简单理解成一卷大钢板,这些钢板通过采购获取,每卷钢板的材料和厚度以及图层,是在设计过程中已经定义好的。

冲压工艺有包括许多工序,每一工序根据零件复杂程度可以有多次,通常来讲包括:

冲裁:将整卷钢板,通过裁剪分离成一张张不同大小的钢板,基本上钢板的大小跟零件的投影面积,这里涉及到一个知识点,材料利用率(CUM),设计阶段需要将材料利用率达到最高,降本的又一个因素。

弯曲:将钢板弯成一定角度、曲率和形状的过程,材料回弹量是弯曲工序中需要控制的点,不然会导致上件困难。

拉延:是通过模具将冲裁或者弯曲后的钣材制作成零件的大致形状。

翻边:是沿曲线或直线将薄板的预定翻遍翻出,这一工序取决于零件是否有翻遍。

整形:这一步是零件的最后修整,整形后就成了最终零件。

焊接是白车身零件连接的最主要形式,最主要的形式是点焊。

车型不同焊点数量不同,整车大概有4000-5000个焊点。

除此之外焊装车间还有弧形焊、填充焊等不同的焊接形式。

除了焊接以外,车身还有螺接、铆接涂胶、等连接形式:

焊点个数对车身强度有着决定性的作用,但同时焊点个数过多也会导致成本的增加。

焊点之间的距离通常布置在20-100mm之间,太近会导致焊点失效,太远则达不到加强的目的。

在冲压车间出来的单件,通过焊接车间加工后,就变成了一个个焊接总成。

焊接总成中的零件也是在设计阶段由焊装团队根据工位条件预先规定好的,需要考虑节拍、上件顺序等条件。

将整车焊点导出以后,就是整车骨架的大致轮廓,图中则是B柱之后(不包括平台)的焊点数据示意图

涂装主要分为两大部分:

表面处理主要包括清除零件表面的油污、尘土、锈蚀清除等。

涂装最主要的工序有三个:

防腐蚀和美观作用,汽车的喷漆其实并不是便面看到的一层,从底层到面漆需要经过多达五六层,这需要根据零件的作用来算,干区零件也就是多数的结构件,是不需要美观的,所以仅需防腐蚀就够了。

如果把汽车拆解以后会发现,白车身上面有大量的黑色的涂层,那些都是车身用胶,涂装胶最大的作用就是用来密封,主要是防水其次是防尘,涂装胶的长度也是有要求的,需要根据工位节拍来定。

总装的主要的工艺其实很好理解,一个是螺接一些活装的钣金件,另外就是装配车身内外饰和电子电器等零件,总装车间最需要考虑的就是人机性,因为总装车间绝大多数是通过工人手动装配。

尺寸并不属于汽车四大工艺范畴,但尺寸在汽车的研发阶段是非常重要的一环,主要的作用是用来监控零件及整车的尺寸公差,其次是零件及总成的定位,良好的公差和定位监控,是冲压焊装总装顺利进行必不可少的一个环节。

二.什么是白车身(BodyInWhite)

白车身从大类上来分有两类零件,覆盖件和结构件:

覆盖件指的是四门两盖,对于三厢车而言是车门、顶盖、引擎盖和行李箱盖。

对于两厢车而言,行李箱盖就变成了尾门,覆盖件主要的作用是用来封闭车身,也是凸显外造型的一种手段,在安全性能方面,覆盖件并不会起到决定性的作用。

结构件指的是对车身结构强度可以起到贡献的零件,结构件通常栖身于汽车内外饰之间,虽然是不可见的,但汽车的被动安全性能好与坏,主要是由这些结构件决定。

白车身就是指由车身结构件及覆盖件经过焊接车间未经过涂装车间加工的焊接总成。经过涂装车间的白车身再加上内外饰、电子电器系统、底盘系统和动力总成系统就组成了整车。

白车身分为两个大类:

现在市场上绝大多数的轿车用的都是承载式车身。承载式车身轻量化效果更好,车内空间布局也更优,车辆重心更低,虽然下车体强度较非承载式车身弱一些,但可以实现更好的操控性能和整车安全性能。

三.白车身构造

白车身可以分为上车体(upperbody)和下车体(underbody)两个部分。

下车体也可以成为底盘,或者现在的平台也可以简单地理解成下车体,现在主机厂的下车体零件都是采用模块化的设计思路,这样几款或者多款车型就可以共同分享同一个平台,降低开发周期和研发成本。

所以一个主机厂的平台技术在很大程度上决定了它旗下品牌车型的质量,对于平台件,其实各大主机厂都有自己的看家本领,而且通常是不对外开放的,除非有战略意义上的资源共享。

上车体仍然可以继续细分,回到开始的内容:覆盖件和结构件。覆盖件则是四门两盖、侧围和顶盖;结构件可以分为A/B/C柱三个大区域,两厢车通常有所谓D柱,但我认为D柱其实是可以包含在C柱的范围内。

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