汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)與方法2

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1、（1）、地板總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 1）、地板總成：前地板、前地板加強(qiáng)板、地板內(nèi)縱梁、地板外縱梁、座椅橫梁、中地板、安全帶加強(qiáng)板、后地板、備胎板、地板加強(qiáng)橫梁、油箱安裝支架等組成。 2）、邊界條件：密封結(jié)構(gòu)，車身和底盤附件安裝硬點(diǎn)等。 3）、設(shè)計(jì)過(guò)程： 第一步：熟悉效果圖，領(lǐng)會(huì)造型師設(shè)計(jì)意圖和造型風(fēng)格。分析各部分安裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)的可能性。如結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)或有疑問(wèn)，則立即反饋給造型師，讓造型師修改造型或作出解釋。 第二步：熟悉油泥模型、熟悉參考樣車零件，注意其安裝形式、壁厚以及與邊界搭接關(guān)系。 第三步：確定結(jié)構(gòu)分塊及固定方式、確定主斷面、硬點(diǎn)。 硬點(diǎn)：主斷面、造型面；傳動(dòng)軸和消

2、音器（間隙一般取10-15MM）、油箱、后懸架、后備胎等底盤系統(tǒng)的安裝空間和安裝位置；座椅總成、安全帶安裝點(diǎn)等車身附件的安裝空間及人機(jī)工程。 固定方式：焊接 第四步：確定材料、料厚、成型方式、拔模方向。 材料一般為鋼板，厚度有0.8、1.0、1.2、1.5、2.0（mm） 第五步：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： A. 安裝面原則上根據(jù)附件安裝要求設(shè)計(jì)安裝結(jié)構(gòu)及其周邊結(jié)構(gòu)。 B. 內(nèi)飾安裝結(jié)構(gòu)原則上隨白車身走，設(shè)計(jì)期間應(yīng)相互協(xié)調(diào)溝通，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 C. 電器元件結(jié)構(gòu)原則上隨白車身走，設(shè)計(jì)期間應(yīng)相互協(xié)調(diào)溝通，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 D. 內(nèi)外板之間應(yīng)形成空腔，以增大整車的結(jié)構(gòu)剛度。

3、 E. 縱梁與地板之間形成空腔，以增大正面碰撞能力。 F. 地板加強(qiáng)板設(shè)計(jì)：加強(qiáng)板處在內(nèi)外板之間，對(duì)地板總成薄弱區(qū)起到加強(qiáng)作用，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮僅在加強(qiáng)區(qū)域和搭接邊處焊接，其它區(qū)域應(yīng)留一定空擋，盡量避免面與面大面接觸，一方面增大加強(qiáng)功能，另一方面減少?zèng)_壓制造誤差帶來(lái)的焊接困難。 G. 地板支架設(shè)計(jì)：在保證強(qiáng)度和沖壓工藝的前提下考慮安裝的設(shè)計(jì)空間。 第六步：檢查 斷面檢查、硬點(diǎn)檢查、工藝檢查，并填寫數(shù)模檢驗(yàn)單、斷面檢查表、硬點(diǎn)檢查表。檢查修改完善后提交專家審查。 4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)： A、任何一種車型的車身地板總成均可按三層板的設(shè)計(jì)思想去構(gòu)思結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即最外層是外板，最內(nèi)層是內(nèi)板，中間是

4、加強(qiáng)板。在車身附件安裝處一般應(yīng)考慮設(shè)計(jì)加強(qiáng)板。一般外板材料是08F，0.8mm厚，拉延級(jí)別是Z，外表面質(zhì)量級(jí)別是I。內(nèi)板材料是08F，1.0～1.5mm厚，拉延級(jí)別由成型難度而定，外表面處理級(jí)別是II。加強(qiáng)板材料是08F，1.0～2.0mm厚，拉延級(jí)別由成型難度而定，外表面處理級(jí)別是II。 附注：板金表面質(zhì)量有I，II兩級(jí)，I級(jí)質(zhì)量最好，適用于外板；II級(jí)次之，適用于內(nèi)板。 板金沖壓拉延等級(jí)有S，P，Z三級(jí)： S：最差，適用于拉延深度淺的零件； P：較好，適用于拉延深度一般的零件； Z：最好，適用于拉延深度深的零件。 常用的車身零件焊接用標(biāo)準(zhǔn)件有凸焊螺母，凸焊螺栓，承面凸焊螺栓以及

5、熔焊卡條等等。在選用凸焊螺栓和承面的凸焊螺栓時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用承面凸焊螺栓，其焊接定位準(zhǔn)確度高。 表3.4.1各種標(biāo)準(zhǔn)件所需配合孔規(guī)格： 凸焊螺母底孔規(guī)定 螺母規(guī)格 M4 M5 M6 M8 M10 7\16 M12 M14 配合孔 Φ5 Φ6 Φ7 Φ9 Φ12 Φ13 Φ14 Φ16 過(guò)孔 Φ6 Φ7 Φ8 Φ10 Φ13 Φ14 Φ15 Φ17 凸焊螺栓底孔規(guī)定 凸焊螺栓規(guī)格 M4 M5 M6 M8 M10 M12 M14 配合孔 Φ4.5 Φ5.5 Φ6.5 Φ8

6、.5 Φ10.5 Φ12.5 Φ14.5 B、由于地板面積較大，比較平整，且地板內(nèi)部就是乘員乘坐的空間。為了避免在車輛行駛過(guò)程中因外界的沖擊而產(chǎn)生的相互振動(dòng)，通常在地板外表面會(huì)涂一層3~5mm左右的減震隔熱膠，以增強(qiáng)其剛性而不容易變形，同時(shí)也減少了車廂內(nèi)部和外部的熱量交換，提高了乘坐舒適性。 在地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中還要考慮整車車廂的密封性。前、中、后地板搭邊處、地板與前圍、地板與側(cè)圍搭邊處，以及各件轉(zhuǎn)角處所留最大空隙應(yīng)能使焊接粘貼膠密封住，以保證水不會(huì)通過(guò)任何縫隙滲入車廂內(nèi)部。 C、另外還要注意前縱梁的設(shè)計(jì)：車身正面碰撞能否通過(guò)，前縱梁的正確設(shè)計(jì)很重要：1）有CAE分析得出前

7、縱梁的最大橫節(jié)面；2）前縱梁的方向盡量水平，在X、Y、Z向上不要有大變化。 以下是典型斷面為后地板與側(cè)圍輪包及后懸防撞塊處斷面：設(shè)計(jì)時(shí)注意與側(cè)圍的搭邊關(guān)系以及防撞塊的安裝位置。后懸架安裝位置處斷面：設(shè)計(jì)時(shí)注意懸架安裝孔位的精度，懸架與地板零件的配合，以及地板零件本身的焊接關(guān)系，避免出現(xiàn)四層焊。 圖3.4.35后地板與側(cè)圍輪包及后懸防撞塊處斷面 圖3.4.36 后懸架支座處斷面 圖3.4.37變速操縱結(jié)構(gòu)安裝位置處斷面 圖3.4.38地板總成數(shù)模 如圖為變速操縱結(jié)構(gòu)安裝位置處斷面：設(shè)計(jì)時(shí)注意前地板、前地板加強(qiáng)板

8、、側(cè)圍的搭邊關(guān)系；注意保證變速操縱機(jī)構(gòu)、排氣隔熱板等底盤零件的安裝位置。 (2)、地板設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)： 1） 、前后地板的筋的設(shè)計(jì)： A. 地板上一個(gè)很重要的結(jié)構(gòu)特征就是筋。有的筋是為了結(jié)構(gòu)需要，實(shí)現(xiàn)如座椅等附件的功能； B. 但多數(shù)筋的結(jié)構(gòu)是為了增加剛度。地板上筋的深度一般在5-10mm之間，象這樣的筋結(jié)構(gòu)它有剛度相當(dāng)于6mm—10mm厚的鋼板，可以最大限度的增加車身剛度，降低車身重量。 C. 設(shè)計(jì)地板（尤其是前地板），有時(shí)會(huì)采用前后貫通的筋，這樣可以提高地板的剛度，但同時(shí)在前后地板搭邊處也會(huì)產(chǎn)生間隙，造成密封困難。這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該綜合考慮； D. 地板型面一般較規(guī)整，在做筋時(shí)可

9、以考慮使用pocket命令，方便快捷的做出加強(qiáng)筋； 2） 與懸架（尤其是與后懸）的配合問(wèn)題： A、 有時(shí)候懸架按照實(shí)體建模，有些桿臂并沒(méi)有轉(zhuǎn)到位，這樣就容易造成設(shè)計(jì)后期檢查時(shí)的干涉問(wèn)題；因此在設(shè)計(jì)初期應(yīng)注意與底盤部門的溝通； B、 在有懸架托架時(shí)應(yīng)特別注意懸架托架和懸架的同軸性； 3） 地板縱梁和縱梁內(nèi)加強(qiáng)板之間在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該預(yù)留間隙（通常兩邊各為0.3～0.5mm），因?yàn)榭v梁及其內(nèi)加強(qiáng)板材料厚、剛度大、尺寸長(zhǎng)，預(yù)留間隙可以包容一定的變形量，這樣在將來(lái)零件裝配時(shí)較容易實(shí)現(xiàn)。 4） 后地板備胎包的翻邊：因車型不同，該處翻邊型式很多，但應(yīng)注意在向下翻邊時(shí)，不要與離去角干涉； 5） 地板左

10、右對(duì)稱件的處理：地板上左右對(duì)稱、小尺寸的零件較多，在條件允許的情況下盡量做成其本身是關(guān)于中心線對(duì)稱的，以便左右可以共用一個(gè)零件； 6） 非對(duì)稱的注意事項(xiàng)：由于底盤零件布置的變化，有些零件大體上是關(guān)于x-z平面對(duì)稱的，但有些小的特征，如凸臺(tái)、孔的尺寸、位置并不是關(guān)于x-z平面對(duì)稱的，在利用左右對(duì)稱copy功能做零件時(shí)應(yīng)該特別注意，不要錯(cuò)誤的copy非對(duì)稱的特征； 7） 地毯、地板隔熱墊的設(shè)計(jì)：地毯在布置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮壓縮量，一般為3mm； 8） 倒角的問(wèn)題： A、 在設(shè)計(jì)建模初期就應(yīng)該考慮到倒角的狀態(tài)，比如：所留的焊接邊在倒角以后的寬度尺寸至少應(yīng)大于10mm；所定的孔位在倒角以后應(yīng)該不會(huì)位

11、于倒角的圓弧面上；零件的邊界在倒角后不應(yīng)與倒角面干涉。 B、 對(duì)于有配合關(guān)系的兩個(gè)零件來(lái)說(shuō)，更要注意倒角的大小關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，被包容的零件的倒角應(yīng)當(dāng)大一些，以免干涉。 C、 在倒角困難的情況下，有時(shí)候會(huì)通過(guò)修改型面以實(shí)現(xiàn)倒角要求，在這種情況下應(yīng)注意與之配合的配合面、配合零件的相應(yīng)修改。 圖3.4.39 地板設(shè)計(jì)與建模 9、發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)艙（包括前圍板）和側(cè)圍的焊接關(guān)系都要考慮，確定分界線。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完以后，樣車是兩種樣車的概念，一種是試驗(yàn)樣車，一種是檢驗(yàn)型的樣車（檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的樣車）。試驗(yàn)樣車就是說(shuō)能做碰撞試驗(yàn)，做一些整個(gè)性能實(shí)驗(yàn)，這個(gè)車型就和以后生產(chǎn)的車性能等同的。

12、可以說(shuō)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)型的樣車可用簡(jiǎn)單方法，比如用簡(jiǎn)易模具拉延，然后用手工整形切邊，因?yàn)槭菣z驗(yàn)一下設(shè)計(jì)結(jié)果，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案, 指導(dǎo)和檢驗(yàn)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，這是檢驗(yàn)樣車。比如說(shuō)同濟(jì)同捷開(kāi)發(fā)的某一車型做了兩輪，做第一輪時(shí)做一個(gè)螺釘車，主要零件60個(gè)要做簡(jiǎn)易模具也要花幾百萬(wàn)，少說(shuō)也要200—500萬(wàn)元人民幣。如果是這樣的話，在國(guó)內(nèi)情況，除了60個(gè)大件及外板件，其他幾百個(gè)小件可以采用什么方法呢？采用第一種樣車叫檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的螺釘車方法，就手工做。由鈑金工用簡(jiǎn)單的胎膜（手工或數(shù)控）工具，制作完零件采用三坐標(biāo)校驗(yàn)，按照設(shè)計(jì)，把樣品做出來(lái)，要加工焊裝卡具，然后做拼裝。第一臺(tái)可以拼裝成螺釘車，這是什么概念呢？用螺絲釘直接連起來(lái)

13、，用5mm的螺釘，在兩塊板中連接處打孔連起來(lái)。為什么不焊死呢? 因?yàn)槿绻硞€(gè)件設(shè)計(jì)不合理，還要重新改一下這個(gè)件，要換一個(gè)新件，再重新檢驗(yàn)一下，看兩者裝配間隙，看裝配位置對(duì)不對(duì)，然后最后定了以后，再把它拆下來(lái)。為什么要拆下來(lái)，還可進(jìn)行反測(cè)量，這個(gè)結(jié)構(gòu)可能在做中才發(fā)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)考慮這個(gè)結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)不錯(cuò)，現(xiàn)在結(jié)構(gòu)可以用了，再在三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上把這個(gè)件測(cè)出來(lái)，光順?biāo)拿?，把這零件的CAD數(shù)模做來(lái)，然后出二維圖紙。相當(dāng)于反求，部分反求。不能這樣設(shè)計(jì)，沖出來(lái)就要有結(jié)構(gòu)，有筋，加筋就可以增加剛度，決不可以留一塊很大的面積不加筋。記住，車身設(shè)計(jì)，如果是一個(gè)很小的面積，不管是哪一個(gè)面，只要其面積超過(guò)一定的面積

14、，比如說(shuō)寬度超過(guò)50mm，長(zhǎng)度超過(guò)50mm，這么大一塊面積，不允許這上面什么筋也沒(méi)有，孔也沒(méi)有，剛度會(huì)很弱，面積越大，剛度越弱。這是眾所周知的。所以在車身設(shè)計(jì)中，實(shí)際上就是玩筋哪，到處加筋，到處加孔，加翻邊。給你一塊板，安裝結(jié)構(gòu)是要得以滿足，零件里面的結(jié)構(gòu)是到處加筋，加結(jié)構(gòu)，密密麻麻，到處都是筋和孔，凸臺(tái)，這個(gè)零件設(shè)計(jì)就是對(duì)的。這個(gè)零件設(shè)計(jì)的水平就高了，然后再做有限元分析和校核，就不會(huì)出錯(cuò)了?？隙▌偠仁菈虻摹０粗袊?guó)的國(guó)情是改不起的，所以我們的目標(biāo)是在我們?cè)O(shè)計(jì)的同時(shí)，進(jìn)行大量的成熟車型的BENCHMARK研究，樣件就放在設(shè)計(jì)人員一個(gè)辦公室里，然后裝配上，把所有的樣件都裝配上去。實(shí)際國(guó)外也離不開(kāi)B

15、ENCHMARK和設(shè)計(jì)檢驗(yàn)過(guò)程，并與先進(jìn)設(shè)計(jì)軟件緊密的結(jié)合好。 圖3.4.40 發(fā)動(dòng)機(jī)艙設(shè)計(jì) 3.4.5內(nèi)飾、外飾設(shè)計(jì) 內(nèi)飾、外飾設(shè)計(jì)就根據(jù)造型最后方案，進(jìn)行測(cè)量，包括車門內(nèi)板的測(cè)量，車門內(nèi)板做好模型以后，上三坐標(biāo)或激光掃描儀進(jìn)行測(cè)量，儀表板做三坐標(biāo)測(cè)量，所有的COPY件（沿用件）做三坐標(biāo)測(cè)量。把測(cè)量的點(diǎn)云進(jìn)行光順，然后做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，CAD建模，建模以后，再做樣件PROTOTYPE，建議在做模具之前要做一次簡(jiǎn)易模具成型或快速原形件。比如說(shuō)儀表板，一個(gè)儀表板的模具，開(kāi)模具費(fèi)用，國(guó)內(nèi)價(jià)格約100~300萬(wàn)

16、，快速原形一般一套件約為5~10萬(wàn)元。國(guó)外模具價(jià)格至少150萬(wàn)美金，如果沒(méi)把握要開(kāi)這么幾百萬(wàn)的模具，最好確認(rèn)一下，為什么不做一個(gè)樣件看看，已經(jīng)有了1：1模型了，根據(jù)模型數(shù)據(jù)掃描獲得點(diǎn)云。兩種方法，一個(gè)是上數(shù)控銑，銑一個(gè)儀表板的塑料件（1：1）。也可數(shù)控加工一個(gè)塑料模型拋光以后，用玻璃鋼直接在上面糊，糊10mm厚，作為模具。玻璃鋼的模具也是玻璃鋼，玻璃鋼的模具后面加木頭或金屬骨架，直接在上面糊玻璃鋼儀表板，VCD等都裝上去，把所有的儀表和零件都裝上去，看看有沒(méi)有什么問(wèn)題，甚至裝到車上看看有沒(méi)有什么問(wèn)題，你可以噴漆，表面打光，打上膩?zhàn)訃娖幔Ч鷮?shí)物效果一樣。提供給設(shè)計(jì)確認(rèn)方確認(rèn), 然后把這個(gè)數(shù)模

17、凍結(jié)，所以數(shù)模和樣件實(shí)物要一致性，是非常非常重要的，要做一致性檢查。這里說(shuō)是很多樣件，包括車內(nèi)板，也可以用玻璃鋼件，因?yàn)椴Ａт撌趾模＞哔M(fèi)很便宜，模具費(fèi)有幾萬(wàn)元就夠了，一個(gè)儀表板的模具，甚至手工給你做模具都可以，當(dāng)然也可以用快速原型件。拿驗(yàn)證并修改后的數(shù)模再去開(kāi)模具。這是內(nèi)飾的設(shè)計(jì)。外飾呢？外面的一些護(hù)板，從廣義上前后保險(xiǎn)杠，也都屬于外飾設(shè)計(jì)。那么內(nèi)飾外飾設(shè)計(jì)，常用的材料，儀表板PVC，聚胺脂, ABS塑料比較多，表皮用一種表皮，比如真皮做表皮，也可用一種樹(shù)脂材料做表皮，注塑的時(shí)候，把塑料在表皮上，紋理全靠表皮生成，這是轎車普遍采用的一種方法。也有硬注塑的，微型車都是硬注塑的，都是用硬注塑，

18、在模具上做出來(lái)，不做貼皮的，貼皮的價(jià)格貴。轎車可用塑料骨架，加表皮發(fā)泡軟包。厚度一般都是2.5mm，一般設(shè)計(jì)2.5—3.5mm之間厚度。 內(nèi)飾、外飾設(shè)計(jì)還有一個(gè)儀表板的布置和安裝，就儀表板的布置，在做模型之前，CAD里要做布置工作。CAD根據(jù)造型效果圖把VCD這些零件都做CAD建模，COPY件建模，然后把COPY件裝配起來(lái)，然后用它來(lái)指導(dǎo)做油泥模型或直接做三維造型設(shè)計(jì)數(shù)模。測(cè)量后做表面的骨架，支撐，儀表板內(nèi)有筋，支撐件，支撐件參照同類產(chǎn)品BENCHMARK結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。還有支撐架，儀表板支撐橫粱。當(dāng)然也可以做一些粗線條的控制線的設(shè)計(jì)，那么車門內(nèi)板的設(shè)計(jì)，在模型上進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后做出來(lái)樣件來(lái)裝

19、配，再裝配檢驗(yàn)的數(shù)模來(lái)修改數(shù)模，包括那些小零件，包括內(nèi)飾板，還有緊固件，內(nèi)板一般都是扣上去的。內(nèi)飾板比如B柱內(nèi)飾板，A柱內(nèi)飾板，后風(fēng)窗框的內(nèi)飾板，這都是塑料件，這些塑料件根據(jù)內(nèi)模型，也可以把它測(cè)量下來(lái)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。也可以先設(shè)計(jì)，再做內(nèi)模型或樣件。還有側(cè)圍板，頂蓋內(nèi)飾板，空調(diào)系統(tǒng)布置，風(fēng)道設(shè)計(jì)，尺寸空間布置要利用它現(xiàn)有的數(shù)模。把這些附件建模，根據(jù)空間布置把風(fēng)道數(shù)模建起來(lái)。然后再安裝，裝得下，這風(fēng)道包括空調(diào)出風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)口，風(fēng)道，這是很復(fù)雜的風(fēng)道，它們都是塑料件，都要開(kāi)模具，盡可能設(shè)計(jì)準(zhǔn)確。當(dāng)然座椅的設(shè)計(jì)，儀表的選擇，儀表總成的選擇，許多的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)成熟車型BENCHMARK結(jié)果獲得。

20、 圖3.4.41 內(nèi)飾設(shè)計(jì)-A柱設(shè)計(jì)、B柱設(shè)計(jì)及C柱設(shè)計(jì) 圖3.4.42 儀表板設(shè)計(jì) 圖 3.4.43 內(nèi)飾各個(gè)零部件的設(shè)計(jì) 3.4.6 第五類概念車-試驗(yàn)樣車Prototype的試制 比如說(shuō)一個(gè)車身，有些外覆蓋件是沖壓成型的，有些件用手工做代沖壓模具。但是前縱粱碰撞時(shí)候是主要承力件和吸能件，幾十個(gè)主要的骨架件，這些件是一定要沖壓成型的。為什么呢，經(jīng)沖壓拉伸成型的件，其剛度結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好，所以能真正反映出碰撞的實(shí)際情況，能達(dá)到碰撞法規(guī)要求，外板，外覆蓋件一般也采用沖壓拉延結(jié)構(gòu)。為了做樣車的質(zhì)量好些，外覆蓋件也可以用簡(jiǎn)易模。簡(jiǎn)易模，全世界就只有那么幾種，都這么做，比如錫鉑

21、合金，低熔點(diǎn)，溫度到100--200℃就融化了，低熔點(diǎn)材料鑄鐵鑄造以后再少量加工。還有鑄鐵，鑄造完了再去數(shù)控加工，然后沖壓成型，一般大側(cè)圍采用鑄鐵模具。還有一種是塑料做模具模型，鑄鐵做模具骨架，然后模具型面用CIBA(氣巴)材料，這材料是很貴的，非常貴的，目前一般來(lái)說(shuō)比鑄鐵還貴，如果時(shí)間允許用鑄鐵做還比較省錢。錫鉑材料就模具型面是用20mm錫鉑材料，灌進(jìn)去成型，象鑄造一樣成型，但要加工一個(gè)數(shù)控主模型控制面放上去，總之有這幾種材料做簡(jiǎn)易模具的。 簡(jiǎn)易模具一般批量生產(chǎn)不用的，就做幾十臺(tái)，幾百臺(tái)，當(dāng)然這種模具也可以做幾千臺(tái)，但一般生產(chǎn)不用。它保證不了質(zhì)量，第二件不如第一件，第三件不如第二件，質(zhì)量越來(lái)

22、越差，模具磨損比較嚴(yán)重。批產(chǎn)模具一般來(lái)講，都用鋼模，鋼模是一種鑄造的模具鋼，鑄造以后再數(shù)控加工，但它的材料是一種模具合金鋼，也稱為模具合金鑄鐵，也是鑄鐵模具。鑄鐵有兩種，一種是灰口鑄鐵，模具鑄鐵是一種高硬度的合金鋼，合金鋼做鑄造后，時(shí)效后再去數(shù)控加工，那就是真正的沖壓模具，幾十萬(wàn)件都不會(huì)磨損，壽命很長(zhǎng)，那就是生產(chǎn)模具。一般產(chǎn)品試制時(shí)，只做碰撞實(shí)驗(yàn)，試制時(shí)不需要這么好的模具，只要簡(jiǎn)易模具就夠了，而且只做拉延工序模具。因?yàn)榕可a(chǎn)的模具，國(guó)內(nèi)的價(jià)格按模具的重量，2萬(wàn)—10萬(wàn)元/噸，國(guó)外的價(jià)格可能就是3萬(wàn)—5萬(wàn)美金/噸，基本是按這個(gè)價(jià)折算的，不會(huì)有太大的差距，也就是說(shuō)，簡(jiǎn)易模具，可能便宜點(diǎn)，大約0.

23、6-1萬(wàn)元/噸左右，按模具重量算。外覆蓋件是沖壓件，但車內(nèi)無(wú)關(guān)緊要的件可以用胎模做，胎模，比如某處有一個(gè)槽，用這個(gè)槽可以搭出來(lái)，也可以用數(shù)控銑出一個(gè)來(lái)，比如說(shuō)橫粱，我可以用角鐵焊成這個(gè)形狀，然后拿一塊鋼板敲，敲成型，這個(gè)叫胎模，用胎模手工做，當(dāng)然做一個(gè)簡(jiǎn)易胎具，用鋼板在上面敲，做出一個(gè)零件來(lái)，這就是手工制作。若做十臺(tái)樣車，做完后就全部扔掉了，不可能先大量做模具，所以做樣車時(shí)，樣件多數(shù)是用胎模手工做，甚至有的零件，對(duì)碰撞無(wú)關(guān)緊要的，就是為了要減少開(kāi)銷，試制樣車要大量投錢做模具，樣車做好后，這模具都要廢掉，這錢就浪費(fèi)了。國(guó)外也是一樣，不能浪費(fèi)這錢，沒(méi)必要浪費(fèi)，也僅僅做拉延工序零件模具。有的就是用胎

24、膜，用工具來(lái)敲。做第一輪樣車時(shí)，要有一些結(jié)構(gòu)要在實(shí)踐中修改，所以絕對(duì)不可能第一輪樣車模具就做到一次到位，不是強(qiáng)度件，手工做也沒(méi)問(wèn)題，只要和數(shù)模一致，所以外表面要保證質(zhì)量，可以做幾個(gè)簡(jiǎn)易模，沖壓成型，手工可能質(zhì)量不太好，但是和碰撞實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的件 ，可以手工做，手工做就是批的膩?zhàn)佣嘁稽c(diǎn)，又不批量生產(chǎn)車。一旦生產(chǎn)，要做生產(chǎn)鋼模，效率就高，一年要生產(chǎn)幾萬(wàn)臺(tái)。人類剛剛進(jìn)入三維技術(shù)時(shí)代，很長(zhǎng)一段時(shí)候，基本上都是用二維圖干的，模型都手工做，這很正常。到了95年以后，開(kāi)始三維技術(shù)上來(lái)了，并不是說(shuō)有了三維，全部或大部分采用數(shù)控化加工將是主要趨勢(shì)。樣車一般只用拉延成型，就一道工序，因?yàn)樯a(chǎn)模具是五～六道工序，包括下

25、料，翻邊，整形，沖孔，拉延等好多道工序，就要第一道工序，下料都用手工下料，然后拉延成型，下料的裁邊，剪邊都手工做，國(guó)外也不這么做，國(guó)外設(shè)計(jì)樣車也是拉延工序，不是所有都做，它用激光切割，用數(shù)控切割機(jī)切割，都不需要做切邊模具，做模具太貴，不馬上生產(chǎn)，用不著做那么多的模具，最重要的是有一批好的師傅，有好的師傅那對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是太方便了。說(shuō)第一臺(tái)樣車呢，還不是這樣的，應(yīng)該是螺釘車，所有的零部件的焊點(diǎn)都是用螺釘連接起來(lái)的，拆得開(kāi)的，這種螺釘車，德國(guó)大眾，美國(guó)等全都100%在用，誰(shuí)也擺脫不了這個(gè)，全在用螺釘車的概念，這是做樣車。90年前三維軟件剛剛推出，價(jià)錢很貴，而且在國(guó)內(nèi)外也沒(méi)有幾家有，所以基本上是用二維A

26、UTO CAD設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完以后，當(dāng)時(shí)是做1：1模型，1：5油泥模型，后來(lái)又做了一個(gè)樣車，后置后驅(qū)動(dòng)的，按圖紙，把斷面給他，那是一些沒(méi)成形的圖紙，給一些設(shè)計(jì)斷面，用手工敲出來(lái). 所以土有土的做法，這是最土的做法，最便宜的做法，樣車就這樣做出來(lái)了。但現(xiàn)在有三維技術(shù)，絕大部分設(shè)計(jì)可以正向，所以正向，逆向要結(jié)合起來(lái)，要有這種概念，但采用BENCHMARK比對(duì)基礎(chǔ)上，純正向設(shè)計(jì)也是完全可以的。這種設(shè)計(jì)不落后，全世界都這么設(shè)計(jì)，到目前為止，還沒(méi)有一家汽車廠（比如通用，福特，大眾等）敢說(shuō)我現(xiàn)在擺脫模型不做了（至少數(shù)控驗(yàn)證模型必須要有），全在計(jì)算機(jī)里跑來(lái)跑去的，或者說(shuō)樣件也不做了，直接用數(shù)模開(kāi)工業(yè)生產(chǎn)模具，沒(méi)

27、有一個(gè)廠家敢，因?yàn)樵谶@個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中不可能不存在問(wèn)題，盡管有好多樣件參考，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)變了，情況都在變，安裝選的內(nèi)飾板，包括雨刷，電機(jī)都在變，結(jié)構(gòu)可能還要出問(wèn)題的，都要手工來(lái)試制來(lái)檢驗(yàn)。試制過(guò)程我們認(rèn)為分兩次，第一次設(shè)計(jì)就是邊設(shè)計(jì)邊做一個(gè)螺釘車。 其他零件可以用成熟批產(chǎn)件改制、塑料件可以用快速原形或簡(jiǎn)易模具制造，樣車裝配沒(méi)問(wèn)題后，可正式試制接近批產(chǎn)工藝和質(zhì)量產(chǎn)品，以便經(jīng)得起試驗(yàn)的考驗(yàn)。 圖3.4.44 白車身試制 3.4.7 碰撞與結(jié)構(gòu)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 整車性能計(jì)算是屬于總布置內(nèi)容，平順性，操作穩(wěn)定性，進(jìn)行校核，做整車動(dòng)力學(xué)匹配，一般都是由整車設(shè)計(jì)做，在此不詳述了。車身設(shè)計(jì)，

28、如果底盤不改，而且車身也無(wú)大的變化，軸重變化也不大情況下，一般不用校核。比如車身有限元分析是很重要的一項(xiàng)工作。三維ＣＡＤ內(nèi)容要掌握好，要把幾百個(gè)車身零件焊接起來(lái)，然后焊點(diǎn)要模擬（因?yàn)楹更c(diǎn)要傳遞力）用節(jié)點(diǎn)把它們連接起來(lái)，然后所有的零件都連接成一個(gè)整體，做整個(gè)結(jié)構(gòu)剛度，扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算。還有加上載荷以后的應(yīng)力，看看應(yīng)力是不是很大，一個(gè)車輪懸空，看看這時(shí)的應(yīng)力怎樣，變形很大的地方，應(yīng)力很大。應(yīng)力很大，變形以后就斷了或裂開(kāi)了，這時(shí)候就要計(jì)算，還要計(jì)算一下模態(tài)，看看模態(tài)分布合不合理，剛度整體分配是不是均勻，有些地方過(guò)強(qiáng)，有些地方過(guò)弱，就要調(diào)整設(shè)計(jì)，這里的整個(gè)過(guò)程就是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。初步設(shè)計(jì)方案是根據(jù)以前經(jīng)驗(yàn)和

29、BENCHMARK研究結(jié)果基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，然后再結(jié)構(gòu)優(yōu)化，修改三維數(shù)模。這個(gè)過(guò)程是在三維數(shù)模結(jié)束的時(shí)候，或者第一輪螺釘車結(jié)束前，這個(gè)工作就要提前介入，提前建模，提前進(jìn)行分析，當(dāng)然還有碰撞分析等這些結(jié)果出來(lái)以后，碰撞分析，要把發(fā)動(dòng)機(jī)，前懸架都裝進(jìn)去，把發(fā)動(dòng)機(jī)和所有零部件質(zhì)量也進(jìn)行模擬，把這些質(zhì)量支撐點(diǎn)都要模擬，它們也有慣性力和支撐力的。把這些全放進(jìn)去，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的剛度（發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)反撐剛度），包括發(fā)動(dòng)機(jī)彈性支撐座，全要考慮進(jìn)去，這時(shí)候模擬碰撞過(guò)程，看看碰撞負(fù)荷，是否達(dá)到車身碰撞法規(guī)要求，如果不能達(dá)到，修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比如說(shuō)縱粱的壓縮吸能區(qū)，收縮吸能帶，這個(gè)區(qū)域是否合理，這段結(jié)構(gòu)不合理，就要修改，此區(qū)

30、域碰撞后折疊，收縮后吸收能量，看一些車型，國(guó)外汽車公司車身設(shè)計(jì)的，所有的工程師，不管年齡多大，都在旁邊擺放一些別的車型結(jié)構(gòu)零部件并進(jìn)行詳細(xì)的BENCHMARK研究。比如設(shè)計(jì)MPV它們就把福特的克萊斯特，大眾的MPV等參考車型買來(lái)，整車擺在那，拆開(kāi)來(lái)也擺在那，把它鋸開(kāi)的也擺在那，所有A柱鋸開(kāi)的斷面，甚至在鋸在的斷面上涂上顏料，參考一下這結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)多數(shù)是沒(méi)有專利的或?qū)＠^(guò)保護(hù)期的結(jié)構(gòu)，都可以相互學(xué)習(xí)和借用。多看看別家的車子，多鉆幾回車底。把人家的結(jié)構(gòu)畫成草圖，甚至仔細(xì)測(cè)量，再照此設(shè)計(jì)，八九不離十，不會(huì)有太大的問(wèn)題，到時(shí)算出的結(jié)果很合意的話，人家就會(huì)說(shuō)你設(shè)計(jì)的結(jié)果很有經(jīng)驗(yàn)，很有思路，可人家不知道

31、你鉆了多少次車底。這就是學(xué)習(xí)，人家都是經(jīng)過(guò)了多少次驗(yàn)證的東西，為什么不用它呢？把人家成熟的東西整個(gè)抄過(guò)來(lái)，沒(méi)關(guān)系，然后再計(jì)算，校核。然后做模態(tài)分析，模態(tài)分析也就是說(shuō)時(shí)域振型，不同的頻率，不同點(diǎn)的變形量，不同模態(tài)對(duì)應(yīng)不同頻率，發(fā)現(xiàn)某一點(diǎn)變形量比較大，某一邊變形量比較小，某一塊設(shè)計(jì)太強(qiáng)了，就要把它變薄弱一點(diǎn)，鋼板改薄，或筋少打一點(diǎn)，或者某些地方加一些筋等等，形成結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使它模態(tài)分布，變形都比較均勻。舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，比如說(shuō)一根筷子，一根木棍，折斷它不容易，一折它就變彎了，但如果用刀在某一處割一個(gè)口子，那么一折這筷子就斷了，為什么？因?yàn)樗植孔內(nèi)?，模態(tài)振型很大，一下就變形斷掉了。如果把整根筷子都

32、加工同樣的深度，也就拆不斷了。整體剛度一致，整體均勻變形，應(yīng)力不會(huì)集中到某一點(diǎn)上，就不會(huì)斷了，不會(huì)把變形集中到某一點(diǎn)上，這就是我們所說(shuō)的模態(tài)，不過(guò)是對(duì)應(yīng)不同的頻率，把所有頻率疊加起來(lái)，就是一個(gè)傅立葉變換。比如說(shuō)一根梁，如果既然設(shè)計(jì)不合理，局部搞得很弱，其他地方強(qiáng)得要命，這時(shí)候往往從局部斷掉，甚至這根梁其他地方加強(qiáng)很強(qiáng)。不要那根梁斷掉，最好的辦法不是局部再加強(qiáng)，而是把其它強(qiáng)的地方變?nèi)?，把?qiáng)的地方變得和弱的地方一樣弱，整體柔性。再如波音747飛機(jī)，其機(jī)翼長(zhǎng)度幾十米，在跑道上跑時(shí)，上下躥動(dòng)半米多，上下擺，如果你不要它擺的話，我們?cè)O(shè)計(jì)斷面至少要增加1米多高，因?yàn)樘L(zhǎng)了，其骨架設(shè)計(jì)要1米多高，才能確保它上下振動(dòng)很小。你如果不要它振動(dòng)的話，要增加它很多重量，這材料算下來(lái)，不得了。但你要它均勻擺動(dòng)的話，要它整體均勻擺動(dòng)，如果局部要它擺動(dòng)這么大，它早就斷掉了，正是因?yàn)樗w均勻擺動(dòng)，它整體的變形都是均勻的，剛度是均勻的，才造成它翅膀不會(huì)斷掉，它盡管擺動(dòng)但它不會(huì)斷掉。如果不懂的話，突然把它的根部局部加強(qiáng)，比如在發(fā)動(dòng)機(jī)里面把橫粱加強(qiáng)，不讓它擺動(dòng)太大，把它局部加強(qiáng)，但是它將從發(fā)動(dòng)機(jī)處斷掉，因?yàn)樗緛?lái)上下要擺動(dòng)的，允許它根部擺動(dòng)才不會(huì)斷掉，你不讓它擺了，它就要斷了，跟卷鉛筆一樣。請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)第一章有關(guān)仿真與設(shè)計(jì)優(yōu)化(CAE)章節(jié)。圖3.4.45 結(jié)構(gòu)優(yōu)化和有限元分析