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第六节 汽车设计制造
一、汽车设计过程
汽车设计是一件复杂的过程，它不仅要有漂亮的外表和吸引人的个性特征，同时它还得能安全可靠的行驶，这就需要整个设计过程融入各种相关的知识：车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人机工程学、工程材料学、机械制图学、声学和光学知识，当然更少不了诸如绘画、雕塑、色彩感等基本艺术功底。从构思到制成产品，大概需要十几个步骤。
1．绘制草图
用简洁的线条以记录脑海中一个个一闪而过的构思。在随手勾画中得到新的灵感，是汽车设计的重要环节之一，
2．绘制效果图
效果图是把设计师的思路和理念用更细腻的手法表现出来，加入细节描绘和色彩，通过精致的绘画表达这款车的直观感受和立体效果。
与汽车外观效果图同时出来的是内饰效果图，详细的描绘车内的各种细节和布局，加上必要的说明，这是未来制作模型的基础。
2．制作油泥模型
根据图纸制造油泥模型，一般模型为1∶5。这种方法虽然历经数十年，制作油泥模型依然是汽车设计生产中的必要环节，这是使用一种类似橡皮泥的黏土，但是更加坚硬，成型后的细节需要用刀刮削才能完成。通常由设计师亲自操刀，反复推敲，精工细雕，大约两三个月才能最后完工。
3．观感评估
由设计师提供若干个方案的效果图和缩小模型，召集相关人员从审美、结构、制造工艺等各个方面评测发表意见，确定一个或几个方案。
4．讨论改进
经过对提案模型的评估，决策层会选择一个方案制作1：1的油泥模型，因为对尺寸，细节等方面要求非常严谨，这种全尺寸模型会有专业的模型师来制作。这个模型是在一个带有车轮的构架上涂敷造型泥而雕塑成的。由于要用数以吨计的造型泥，并雕塑得细致、平整、光顺，所以制造一个1∶1外部模型的时间很长，通常需要几个星期经过不断的讨论和修改。与此同时进行的还有1∶1内部模型，包括内饰、发动机等部件和线路的布置等。之后，就进入定案阶段。
5．审批定型
1∶1外部模型、内部模型、效果图完成后，需要交付企业最高领导审批，使汽车最终定型。
6．测量阶段
设计方案通过定型后，开始产品的技术设计阶段，首先使用三维坐标测量仪。将模型放在测量台上，在模型表面设置足够多的测量坐标点，测出它们的空间三维坐标，将这些数据输入电脑，就可以在电脑中建立三维模型。
7．电脑设计
把测量出的数据输入电脑，就可以开始进行三维模型的制作，同时，按照有关法规和标准设计和细化汽车整车、部件和零件的结构，制作出能进行加工制造的技术资料。
8．制作样车
依据技术资料制作出样车。
9．试验与改进
从设计到批量制造，车辆还要经历重重考验，有风洞实验，模拟碰撞实验，各种残酷路况的艰苦路试，实车碰撞实验等，在试验中积累数据，不断改进，完善设计和技术资料。
汽车风洞就是用来研究汽车空气动力学的一种大型试验设施。其实风洞不是个洞，而
是一条大型隧道或管道，里面有一个巨型扇叶，能产生一股强劲气流。气流经过格栅，进入试验室。其最大作用是用来测量汽车的风阻，风阻的大小用风阻系数表示，风阻系数越小，说明它受空气阻力影响越小。此外，风洞还可以用来研究气流绕过车身时所产生的效应，如升力、下压力，还可以模拟不同的气候环境，如炎热、寒冷、下雨或下雪等情况。这样，工程师们便可以知道汽车在不同环境下的工作情况，特别是冷却水箱散热、制动器散热等问题。新车在造型设计阶段，必须进行风洞试验。
碰撞安全试验包括正面撞车试验和侧面撞车试验。可以进行实车撞车试验，也可以进行模拟试验或撞车模拟计算。但不少国家规定新车型必须经过实车撞车试验，以验证其撞车安全性。在撞车试验中需用假人（又称人体模型）进行试验，当进行车内装置（如安全带、座椅、方向盘、仪表板等）抗冲撞能力试验时，常以平台车摸拟以一定初速运动的汽车撞击来研究冲击能量的吸收情况。
10．技术资料的定型与模具制作
经过试验改进，车辆定型，制订生产工艺，修改完善技术资料。设计、制作锻造、冲压模具及生产装配机器人工作程序等。
11．整车的批量制造
汽车的制造过程包括零件的制造、部件与总成的装配、汽车整车的总装配、检查试验和调试等几个过程。
二、汽车制造过程
1.零件的制造
汽车零件的制造通常通过铸造、锻造、冲压、焊接、切削加工和热处理等工艺和方法制成。
（1）铸造
铸造是将熔化的金属浇灌入铸型空腔中，冷却凝固后而获得产品的生产方法。
在汽车制造过程中，采用铸铁制成毛坯的零件很多，约占全车重量10％左右，如气缸体、变速器箱体、转向器壳体、后桥壳体、制动鼓、各种支架等。
（2）锻造
在汽车制造过程中，广泛地采用锻造的加工方法。锻造分为自由锻造和模型锻造。
自由锻造是将金属坯料放在铁砧上承受冲击或压力而成形的加工方法（俗称“打铁”）。汽车的齿轮和轴等的毛坯就是用自由锻造的方法加工。
模型锻造是将金属坯料放在锻模的模膛内，承受冲击或压力而成形的加工方法。与自由锻相比，模锻所制造的工件形状更复杂，尺寸更精确。汽车的模锻件的典型零件是：发动机连杆和曲轴、汽车前轴、转向节等。
（3）冷冲压
冷冲压或板料冲压是使金属板料在冲模中承受压力而被切离或成形的加工方法。它主要有落料和拉深两个过程。
所谓拉深就是先冲出经过严格计算的有严格尺寸和形状的平板坯料。日常生活用品，如铝锅、饭盒、脸盆等就是采用冷冲压的加工方法制成。例如制造饭盒，首先需要切出长方形并带有4个圆角的坯料。
拉深就是用凸模将这块坯料压入凹模而成形的工艺过程。在拉深工序，平面的板料变为盒状，其4边向上垂直弯曲，4个拐角的材料产生堆聚并可看到皱褶。
汽车制造厂的冲压设备往往是进口的，自动化程度非常高，坯料的送入和取出都由机械手臂自动完成，工人往往只做检查分类工作。
（4）焊接
焊接是将两片金属局部加热或同时加热、加压而接合在一起的加工方法。
在汽车车身制造中应用最广的是点焊。点焊适于焊接薄钢板，操作时，两个电极向两块钢板加压力使之贴合，通电流加热熔化从而牢固接合。两块车身零件焊接时，其边缘每隔一段距离焊接一个点，使两零件形成不连续的多点连接。焊好整个轿车车身，通常需要上千个焊点。焊点的强度要求很高，每个焊点可承受5kN的拉力，甚至将钢板撕裂，仍不能将焊点部位分离。在修理车间常见的气焊，是用乙炔燃烧并用氧气助燃而产生高温火焰，使焊条和焊件熔化并接合的方法。还可以采用这种高温火焰将金属割开，称为气割。气焊和气割应用较灵活，但气焊的热影响区较大，使焊件产生变形和金相组织变化，性能下降。因此，气焊在汽车制造中应用极少。
（5）金属切削加工
金属切削加工是用刀具将金属毛坯逐层切削；使工件得到所需要的形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法。
金属切削加工包括钳工和机械加工两种方法，钳工是工人用手工工具进行切削的加工方法，操作灵活方便，在装配和修理中广泛应用。机械加工是借助于机床来完成切削的，包括：车、刨、铣、钻和磨等方法。 现在很多厂家都大量使用计算机控制的数控机床，甚至使用集多种加工方法与一身的加工中心，能大大提高生产效率和加工精度。
（6）热处理
热处理是通过对固态的钢重新加热、保温或冷却而改变其组织结构，以满足零件的使用要求或工艺要求的方法。如有的零件要求耐磨、耐高温，有的零件要求尺寸精确稳定，有些零件要求有韧性不易断裂等，这些性能都可通过热处理来获得。
（7）涂装
汽车涂装主要有底漆、中涂和面漆三层。涂装工艺一般首先进行前处理，包括脱脂槽浸渍、表面调整槽浸渍、磷化液槽浸渍、水洗；然后进行电泳底漆，包括电泳喷涂、纯水浸渍喷淋、底漆烘干；再进行中涂，包括打磨底漆、除尘、喷中涂漆、烘干；然后进行上涂，包括打磨、除尘、喷面漆、烘烤；最后进行检验。
2．装配
装配是按一定的要求，用联接零件把各种零件相互联接和组合成部件，再把各种部件相互联接和组合成整车。自福特发明流水线生产后，汽车制造效率大幅提高，从此后，汽车制造都采用这种生产方式，通常看到的汽车制造厂，最吸引人的就是汽车总装配线。
在这条总装配线上，每隔几分钟就驶下一辆汽车。装配中的汽车随着传送链移动至各个工位并逐步装成，四周还有输送悬链把发动机总成、驾驶室总成、车轮总成等源源不断地从各个车间输送到总装配线上的相应工位。
装配线上有很多专用设备如车身打号机，螺纹紧固设备，车轮装配专用设备，自动涂胶机，液压桥装小车等。还有很多油液加注设备包括燃油，润滑油，清洁剂，冷却液，制动液，制冷剂等各种汽车装配线加注设备；
装配线的后端是汽车检测设备，通常有前束试验台，侧滑试验台，转向试验台，前照灯检测仪，制动试验台，车速表试验台，排气分析仪等，每台车出厂前都有经过检测设备的检测和调整。
分析思考
问题：跟海外版车型相比，目前国内在售的诸多车型都存在有明显的减配行为。如现代ix35没有金属后防撞梁，而是采用了树脂材质的横梁。
掀开上海大众途观的顶棚之后，却发现其内部只是应用了大面积的纸质复合材料黏贴，但是常见于在其他车型上的顶部加强筋却毫无踪迹。由于车身高度较高，SUV车型在高速过弯时翻车的几率要大于普通家轿，所以车顶加强筋对于SUV车型来说显得尤为重要。如若不小心发生了车辆翻滚情况，那没有安装车顶加强筋的途观靠什么来保护车内驾乘人员的安全？结合本案例，谈一谈你的看法。

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