汽车车身结构与材料设计讲解

2014-11-202车身构造与功能6神龙汽车生态设计1整车材料构成45车身部件材料设计原则与案例车身材料的发展趋势3车身材料的功能特性钢铁,54.30%铸铁,5.50%铝,5.10%铜合金,1.10%铅,0.49%其他金属,0.50%≥97%1整车材料构成castironsteelAlAluminiumalloyleadOthermetalmineralmaterial•金属材料Metal：66.9%•液体材料Fluid：4.6%•非金属材料non-metallic：28.5%热塑性材料,12.60%热固性材料,0.40%弹性体,5.80%泡沫,1.70%不能分离的高分子复合材料,2.63%电子元器件,0.30%有机天然改型材料,1.30%矿物材料,4.40%油漆、胶粘剂,0.37%合成织物,0.80%ElastomerFoamThermosetmaterialThermoplasticsElectroniccomponentNaturalorganicmodifiedmaterialsPaint,cementTextiles-composite2车身构造与功能2.1白车身-----外覆盖件系列雪铁龙C4L机罩顶盖前后车门行李箱侧围主要功能•密封隔噪功能•行人保护•防撞击功能•物品贮藏•车顶保护•造型美观典型构成•门外板•门内板•机罩外板•机罩加强板•行李箱外板•行李箱内板•顶盖•顶盖加强框•侧围外板2车身构造与功能2.1白车身-----内结构件系列主要功能•受力承载•行人保护•防撞击功能•物品贮藏•车顶保护典型构成•前立柱（A柱）•中立柱（B柱）•前纵梁•前保险杠骨架•风窗支柱加强板•侧门槛•门防撞加强板•车底横梁•后保险杠骨架•后纵梁2.车身构造与功能2.2车身构筑物-----保险杠系统•车辆保护功能•行人保护•承载功能•装饰功能•为车辆冷却系统提供足够的空气进气量主要功能•中部骨架•左右侧支架•吸能器•表皮•上格栅+镀铬框•左右大灯支架•品牌标识•下格栅+电镀装饰件•左右雾灯盖板典型构成2.车身构造与功能2.2车身构筑物-----仪表板系统•成员保护功能•承载功能•储物空间功能•装饰功能主要功能•本体骨架•本体蒙皮•导风道•出风管•乘客侧安全气囊•杂物箱•金属横梁典型构成2.车身构造与功能2.2车身构筑物-----门内护板系统•成员保护功能•储物空间功能•装饰功能主要功能•本体骨架•上体•风格装饰条•扶手•地图袋•卡扣典型构成2.车身构造与功能2.2车身构筑物-----前大灯系统•照明•信号•装饰主要功能•灯座壳体•反射镜•过渡盘•转向灯反射盘•透镜典型构成2.车身构造与功能2.3车身结构附着物----前围隔音垫•隔音降噪•隔热主要功能•重质隔音片层•软质吸音层•过渡盘•转向灯反射盘•透镜典型构成2.车身构造与功能2.3车身结构附着物----主地毯•隔音降噪•吸音降噪•舒适•装饰主要功能•表层耐磨织物层•背衬重质隔音层•软质吸音层•脚踏垫典型构成2.车身构造与功能2.3车身结构附着物----行李箱装饰系统•吸音降噪•舒适•装饰•承载主要功能•尾门内护板•左、右侧装饰件•行李箱地毯•行李箱门槛装饰件典型构成2.车身构造与功能2.3车身结构附着物----顶棚内护板系统•吸音降噪•舒适•装饰主要功能•表面织物装饰层•支撑骨架复合层•无纺布背衬典型构成2.车身构造与功能2.3车身结构附着物----阻尼片•减振•降噪•隔热•防锈防腐主要功能•石油沥青•无机填料典型构成2.车身构造与功能2.3车身结构附着物----膨胀片•阻隔•减振降噪•密封•防腐•支撑增强主要功能•发泡体•安装支架典型构成热轧板与冷轧板的区别：热轧钢板和冷轧钢板的生产工艺不同。热轧板是在高温下轧制而成，具有更好的延性，有较大的厚度。冷轧板是在常温下轧制而成，具有更好的强度，厚度比较小。冷轧板的表面质量、外观、尺寸精度均优于热轧板,且其产品厚度可轧薄至0.18mm左右。热轧板，再结晶温度以上冷轧板，再结晶温度以下钢板分类按屈服强度分软钢：屈服强度Rp0.2≤210MPa的钢板高强度钢板：屈服强度Rp0.2＞210MPa的钢板薄板：＜3mm厚板：≥3mm级别软钢DOUX高强钢HLE特高强钢THLE超高强钢UHLERp0.2（MPa）≤210210-350350-550≥5503车身材料的功能特性3.1钢板材料基础知识按用途分用途牌号一般用DC01冲压用DC03深冲用DC04特深冲用DC05超深冲用DC06按表面处理分分类项目类别代号（宝钢）镀层种类纯锌镀层GIZ锌铁合金镀层GAZF镀层重量等厚、差厚A/B表面处理铬酸钝化C无铬钝化C5无铬钝化+涂油CO5无铬耐指纹N5自润滑SL涂油O3车身材料的功能特性3.1钢板材料基础知识应变硬化指数（n值）：是金属薄板在塑性变形过程中，形变强化能力的一种度量，可用来估计单轴拉伸试验中，试验开始缩颈时的应变。钢板材料常用的5项性能指标抗拉强度Rm：也叫强度极限，指材料在拉断前承受最大应力值屈服强度Rp0.2：指材料在拉伸过程中产生永久变形(开始失效)时的强度延伸率A%：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比塑性应变比(r值）：是材料在冲压成型时宽度上的应变值与厚度上的应变值之比，是评价金属薄板深压延性能的重要参数，它反映金属薄板在其平面内承受拉力或压力时，抵抗变薄或变厚的能力。它与多晶体材料中，结晶择优取向有关，是金属薄板塑性各项异性的一种度量。厚度方向的减薄是冲压过程中开裂的主要原因，n值与r值一般越大越好。当r值＜1时,材料厚度方向容易变形减薄,冲压性能不好；当r值＞1时,冲压成型过程中宽度和长度方向变形容易,能抵制厚度方向的变薄，冲压性能好。因此,r值大,成型性好。3车身材料的功能特性3.1钢板材料基础知识高强度低合金钢：在低碳钢或超低碳钢中，通过单一或复合添加铌,钛,钒等微合金元素，形成碳氮化合物粒子析出进行强化，同时,通过微合金元素的细化晶粒作用，以获得较高的强度。广泛应用于车身加强件，结构件等。例如：H300LAD+Z，H340LAD+Z，H380LAD+Z高强度IF钢：通过控制钢中的化学成分来改善钢的r值和n值。由于钢中元素的固溶强化和无间隙原子的微观结构，深冲性能优良，可用于地板等内部结构件。例如：H220YD+Z，H260YD+ZIF钢：在超低碳钢中加入适量的钛或铌，使钢中的碳、氮间隙原子完全被固定成碳、氮化物，钢中没有间隙原子存在的一类钢。例如：DC54D+Z，DC56D+Z铁素体贝氏体钢（FB钢）：双相高强度钢板，显微组织为铁素体和贝氏体，拥有良好的疲劳性能和扩孔性能，广泛应用于车身和底盘零件中。例如：HR45，HR60，FB450，FB560，FB590双相钢（DP钢）：钢的显微组织主要为铁素体和马氏体，马氏体组织以岛状弥散分布在铁素体基体上。双相钢无时效，具有低的屈强比和较高的加工硬化指数以及烘烤硬化值，是结构类零件首选材料。例如：DP450，DP590，DP780，DP9803车身材料的功能特性3.1钢板材料基础知识相变诱导塑性钢（TRIP钢）：钢的显微组织为铁素体、贝氏体和残余奥氏体(其含量≥5%)。在成形过程中，残余奥氏体可相变为马氏体组织，具有较高的加工硬化率、均匀伸长率和抗拉强度。与同等抗拉强度的双相钢相比，具有更高的延伸率。例如：TRIP800烘烤硬化钢板（BH钢）：在低碳钢或超低碳钢中保留一定量的固溶碳、氮原子，同时可通过添加磷、锰等固溶强化元素来提高强度。加工成形后，在一定温度下烘烤后，由于时效硬化使钢的屈服强度进一步升高。通常应用于门外板。例如：H180BD+Z，H220BD+Z激光拼焊板：采用激光能源，将若干不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材、不锈钢材、铝合金材等进行自动拼合和焊接而形成一块整体板材，以满足零部件对材料性能的不同要求，用最轻的重量、最优结构和最佳性能来实现零件轻量化。马氏体钢（热成型板）：是一种在加热状态下成型的钢板。通常在900-950℃的奥氏体状态下进行冲压，并在模具内淬火冷却，得到全马氏体组织，抗拉强度可以从冲压前的500MPa，达到1500MPa。主要牌号：22MnB5复相钢（CP钢）：在铁素体和（或）贝氏体基体上，通常分布少量的马氏体、残余奥氏体和珠光体组织。通过添加微合金元素Ti或Nb，形成细化晶粒或析出强化的效应。CP钢具有非常高的抗拉强度。与同等抗拉强度的双相钢相比，其屈服强度明显要高很多，且有较高的能量吸收能力和较高的残余应变能力。例如：CP1000，MP10003车身材料的功能特性3.1钢板材料基础知识3车身材料的功能特性3.2白车身材料产品类别材料特性需求典型生产工艺典型材料外覆盖件系列1.良好的冲压成形性能2.良好的焊接性能3.良好的油漆工艺相容性1.下料2.冲压3.焊接4.油漆DC54D+ZDC56D+ZH220BD+ZH220YD+ZH260YD+Z内结构件系列1.良好的冲压成形性能2.良好的焊接性能3.良好的油漆工艺相容性1.下料2.冲压3.焊接4.油漆HC300LAD+ZHC340LAD+ZHC380LAD+ZFB45/FB60保险杠侧门槛车底横梁1.良好的冲压成形性能2.良好的焊接性能3.良好的油漆工艺相容性4.高强度、高疲劳性能、高塑性1.下料2.辊压3.焊接4.油漆MS1000CP1000DP780/DP980Al-6351A、B柱风窗支柱加强板1.良好的冲压成形性能2.良好的焊接性能3.良好的油漆工艺相容性4.超高强度，合适的塑性1.下料2.热成形3.焊接4.油漆22MnB5HC380LAD+ZDP590DP7803.车身材料的功能特性3.3车身构筑物材料产品类别材料特性需求典型生产工艺典型材料仪表板系统1。良好的流动性。2。良好的光老化和气候耐久3。良好的耐热性能（110℃以上）4。良好的韧性和刚性1。注塑2。搪塑3。发泡4。焊接P/E+MD15P/E+EPDM+TD25门护板1。良好的流动性。2。良好的光老化和气候耐久3。良好的韧性1。注塑2。搪塑、真空成型3。发泡4。焊接P/EP/E+MD10保险杠1。良好的流动性。2。良好的尺寸稳定性3。良好的抗冲击性能4。良好的表面涂饰性能1。注塑2。涂漆3。焊接P/E+EPDMP/E+MD10车灯系统1。良好的紫外光老化耐久2。耐刮擦3。高耐热4。光透过性1。注塑2。镀铝3。焊接PC、PMMABMC、HTPCPBT、PP+TD403.车身材料的功能特性3.4车身结构附着物材料产品类别材料特性需求典型生产工艺典型材料隔音垫/地毯系统1。重质层--高密度2。软质层—良好的泡孔形态3。地毯面层—高耐磨4。良好的热成型性能5。低挥发、低气味1。热压成型2。发泡4。水切PET、EPDM、EVA、TPO、PU行李箱系统1。良好的热成型性能2。较好的刚性3。低挥发、低气味1。热压成型2。水切PET、PU、PP板顶棚内饰板1。良好的热成型性能2。较好的刚性3。良好的泡孔形态4。低挥发、低气味1。热压成型2。水切PET、PU、玻纤、PE粉阻尼片1。高密度2。高阻尼1。捏合2。辊压石油沥青、碳酸钙、PVC、丁基橡胶膨胀片1。良好的发泡性能2。低吸水率注塑EVA、丁基橡胶、PA+GF304.1中立柱、前立柱、风窗支柱加强板、门防撞板零件特点4车身部件材料设计原则与案例•形状复杂•承受冲击载荷•要求高强度、高刚度和一阶弯曲模态频率材料及工艺设计•22MnB5•抗拉强度≥1500MPa•热成形+激光切割工艺•良好的冲压工艺性能•良好的焊接性能风窗支柱加强板前立柱门防撞加强板中立柱4车身部件材料设计原则与案例4.1热成形材料工艺设计OP10落料OP20热处理加热温度加热时间OP30冲压+冷却压边力保压时间冷却速度OP40激光切割尺寸精度600MPa铁素体+珠光体251500MPa马氏体材料组织转变强度翻倍4.2车身覆盖件零件特点4车身部件材料设计原则与案例•形状复杂•零件体积大•合适的刚度、强度和一阶弯曲模态频率材料及工艺设计•DX