汽车车身设计-第九章[91P][246MB]

普通高等教育“十一五”国家级规划教材《汽车车身设计》第九章基于制造工艺和材料要求的白车身设计提纲第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计第二节铝结构车身一、结构铝的类型和性质二、铝合金的加工性能及其对车身结构设计的影响三、铝车身结构的研制和性能探讨第三节复合材料车身一、复合材料二、复合材料车身开发第四节车身制造精度和定位参考系统一、车身制造和装配精度要求——“2mm工程”二、车身产品尺寸管理三、车身制造定位参考系统设计和运用•传统钢结构车身设计制造，材料和设备费用是成本的主要部分，而设计费用的投入仅占5%；但是设计对产品起决定性的作用•良好的设计不仅体现在产品的性能上，而且还体现于良好的加工工艺和制造成本•世界能源短缺，环境保护，轻量化成为关注的焦点•轻量化，主要从两方面着手研究1.结构轻量化2.材料轻量化材料轻量化：采用轻金属材料和非金属材料，是最直接、最有效的轻量化措施•白车身由数百个冲压零件装配而成，其装配过程：•车身结构的划分–与零件的冲压工艺性、焊装工艺性、制造装配精度都有很大关系，影响产品的系列化、标准化，影响生产率、生产组织、工时的平衡和设备的复杂程度第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计冲压零件合件分总成总成•白车身装配过程第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计•车身的大型板壳零件可分为三类•1）外覆盖件–如车身顶盖，发动机罩外板、门外板、翼子板等与外形有关的大型零件–要求是制造精度高，表面光滑，棱角线条清晰，与相邻部件棱线吻合，有一定的刚度•2）内部大型板件–如前围内板、地板、门内板等–要求足够的刚度，零件上的安装尺寸要准确•3）骨架结构件–在车身上起支撑作用–如支柱、门窗框及各种纵、横梁等结构件第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（一）车身零件的分块及拉延工艺的考虑•1．零件大型化•钢板宽度足够、冲压工艺允许、设备条件具备情况下，应使零件分块大些•优点–减小表面可见焊缝和焊接工作量–提高车身制造精度，外观完整性–减轻重量–避免由于点焊等联接不连续造成的刚度和强度下降第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（一）车身零件的分块及拉延工艺的考虑•2．零件设计中拉延工艺的考虑①拉延方向保证凸模能完全进入凹模，不得有凸模达不到的负角；零件的形状应尽可能简单匀称②零件的拉延深度要恰当，争取一次拉延成型③具有反拉延的覆盖件，为增加变形分布区域，零件设计时应加大这部分的圆角半径④车身内覆盖件上的附件（如车门内板上的装玻璃升降器），常要求在相应的制件上成型出各种形状的鼓包，以安放螺钉等固定件⑤有些装饰性标记或线条、局部加强筋等，都是在拉延快终了时成型，应注意防止破裂⑥在设计阶段成形分析软件来评价零件的冲压可行性和工艺性第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（一）车身零件的分块及拉延工艺的考虑•3．分块应考虑易损件–车身易损件必须单独划分出来，并做成可拆卸的，以便损坏后更换•4．分块线应尽可能与外部造型线相适应，并避免在空间圆曲面上分块第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求•1．车身上的许多装配附件的小孔或连接用孔等，应尽可能采用规则形状第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计孔位分布冲孔方向（二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求•2．弯曲零件弯曲角大于90°时，弯曲半径影响不大；但如小于90°时，弯曲半径r应相应增大•3．局部压弯的零件，为避免在压弯处撕裂，应预先切出深度为k的槽，且k＞r，或将压弯线外移一定距离第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求•4．曲面上翻边，或平面上翻曲边，将在边缘上产生压应力或拉应力，设计时应随曲率的增大使翻边的宽度相应的减小•5．翻边大多数用于与其它零件连接，也可用于加强零件刚度。翻边最好设计在大致同一平面上第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求•孔的翻边高度h应小于0.3D（孔径）；若条件允许，改成沉孔较好；先冲出凹台后，再冲孔•切口太小，模具成本高；切口每边角度≥5°，有利于模具修整和强度第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计•传统车身上广泛采用的焊接方法是接触焊•接触焊包括点焊、凸焊、缝焊等第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（一）车身零件接头的设计•1）车身零件受力复杂，且零件间通过焊点相互传力，设计的连接型式要具有连续性。应使焊点承受剪切力第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计•图a结构难以传递X方向的力和绕Y、Z轴的力矩，且翻边容易发生弯曲弹性变形•图b搭接处焊点承受剪切负荷，能更好地传递各方面载荷•图a零件间力的传递发生在焊接翻边上，而不是发生在零件主表面上•图b的焊接方式，力的传递是发生在零件主表面，比图a焊接方式好（一）车身零件接头的设计•2）在设计车身零件的连接型式时，应保证悬挂式焊钳或固定式焊极对连接部位的接近方便性•车身上较多采用搭接型式或翻边对接，焊接品质好，且便于大量生产第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计a）搭接b）翻边对接（一）车身零件接头的设计•简单合件的焊接，可以采用各种方法使零件自动定位•焊接闭口截面必须将焊缝外引，否则焊接品质最不易保证第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计流水槽与顶盖的连接1—内边槽2—外边梁3—顶盖4—流水槽图a，顶盖上流水槽的焊接型式焊枪引入困难，采用了间接搭接的型式，焊接品质难以保证图b，顶盖和流水槽采用双面点焊连接型式则较好，使流水槽相对顶盖的位置稳定（二）焊点布置•焊点的直径d和点距s•1）最佳的焊点直径约为•2）焊点间距。焊点数越多，连接强度愈高•3）焊点布置离板边不宜太近•4）焊点不应布置在圆角拐弯处或不甚平整的部位•5）尽可能少采用三层板的焊接结构•6）大型的点焊结构，焊点尽可能对称布置第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计mmt5.5（一）激光切割•可按照编制的程序高速、高质量地制造任何形状，不需要模具。灵活，节省材料（二）激光焊接•优点–只需单面激光接触–焊接质量紧实稠密，可提高结构强度和刚度–如果用翻边时，可减小焊接翻边宽度–增加设计灵活性–热变形小–高效率–是无接触焊接，减小了噪声–激光可以做到穿过3层以上材料厚度–节约资金，便于组织柔性生产第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（三）拼焊板•将2块或以上不同的平直的钢板材料，通过激光焊接先拼焊在一起，然后进行成形加工•使用拼焊板的意义：•①整体冲压，减少了零件数和模具，降低了成本•②提高了材料利用率，减轻了重量•③提高了尺寸精度•④零件数减少，零件间的搭接和密封要求减少，提高了防腐性能，节省了焊接装配成本•⑤可以改进车身结构的安全性能和耐久性第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（四）拼焊管与液压成形技术•管材可通过液压成形获得各种形状的钢管产品•拼焊管液压成形技术的应用，通常是将周边零件重新组合在一起。在与周边零件组合时，管端直径被扩胀并轴向地伸入定位工具，然后在接头处全面激光焊接第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计•传统白车身所采用的金属材料主要是钢材，除必须保证适当的强度等要求，必须满足成批或大量生产冷冲压和装配工艺的要求第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（一）普通低碳钢板•1．钢板的成形性能–冷冲压钢板是以金属的塑性变形为基础的加工方法。伸长率是衡量塑性变形能力的指标–冷轧钢板：比热轧钢板冲压加工性能好，表面美观。在汽车上应用较多,广泛采用0.6~1.0mm板厚–热轧钢板：是在t＞800℃时轧制而成的，加工性不如冷轧钢板，厚度一般为1.6~6.0mm之间。板厚为1.2~1.4mm的热轧钢板主要用于车身下部构件、内护板、车门内板等，大于1.6mm以上的用于结构加强板和铰链等第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（一）普通低碳钢板•冷轧钢板按冲压级别分为最复杂拉延级（ZF）、很复杂拉延级（HF）、复杂拉延级（F）、最深拉延级（Z）、深拉延级（S）和普通拉延级（P），其冲压成形性逐次降低第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（一）普通低碳钢板•2．车身冲压件成形分类及钢板型号的选用•按冲压成形工艺分为深拉延成形，胀形—深拉成型，浅拉延成形，弯曲成形和翻边成形五大类第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（一）普通低碳钢板•2．车身冲压件成形分类及钢板型号的选用•冷轧钢板的冲压级别第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板壳零件的设计三、焊接接头设计四、车身制造技术的发展五、车身所用钢板材料六、白车身结构的防腐设计（二）高强度钢板及车身–是在普通碳素钢的基础上加入少量的合金元素制成–生产成本与普通碳素钢板相近，但其抗拉强度比普通钢板高得多，用以制造车身构件，可以明显减轻重量和造价•优点1）可减轻零件的重量2）加工硬化率高，可吸收更多的冲击能量，用于前后纵梁等处可提高汽车的安全性3）用于车身外部件，具有烘烤硬化性，可增强零件，提高外表面件的抗凹陷性能•主要限制：随着钢板强度级别的提高，钢板的成形性变差第一节普通低碳钢车身一、白车身结构系统的划分二、车身板