汽车车身结构与材料设计讲解

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2014 -11-20
1 整车材料构成 2 车身构造与功能 3 车身材料的功能特性 4 车身部件材料设计原则与案例 5 车身材料的发展趋势 6 神龙汽车生态设计
1 整车材料构成
steel
钢铁, 54.30%
cast iron
铸铁, 5.50%
lead
铅, 0.49%
其他金属, 0.50%
Other metal
按用途分
用途 一般用 冲压用 深冲用 特深冲用 超深冲用
牌号 DC01 DC03 DC04 DC05 DC06
按表面处理分
分类项目 镀层种类 镀层重量
表面处理
类别 纯锌镀层GI 锌铁合金镀层GA 等厚、差厚
铬酸钝化 无铬钝化 无铬钝化+涂油 无铬耐指纹 自润滑
涂油
代号(宝钢) Z ZF
A/B C C5 CO5 N5 SL O
典型构成
• 表面织物装饰层 • 支撑骨架复合层 • 无纺布背衬
主要功能
• 吸音降噪 • 舒适 • 装饰
2. 车身构造与功能 2.3 车身结构附着物----阻尼片
典型构成
• 石油沥青 • 无机填料
主要功能
• 减振 • 降噪 • 隔热 • 防锈防腐
2. 车身构造与功能 2.3 车身结构附着物----膨胀片
2. 车身构造与功能
2.2 车身构筑物-----保险杠系统
主要功能
• 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
典型构成
• 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
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。
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
典型生产工艺
1。良好的流动性。
1。注塑
2。良好的光老化和气候耐久
2。搪塑
3。良好的耐热性能 (110℃以上) 3。发泡
4。良好的韧性和刚性
4。焊接
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
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
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 Rp0.2(MPa)
软钢 DOUX
≤210
高强钢 HLE
210-350
特高强钢 THLE
350-550
超高强钢 UHLE
≥550
3 车身材料的功能特性 3.1 钢板材料基础知识
Al
铝, 5.10%
铜合金, 1.10%
Aluminium alloy
≥97%
• 金属材料Metal:66.9% • 液体材料Fluid:4.6%
Thermosetmaterial
热固性材料, 0.40%
Elastomer
弹性体, 5.80%
Foam
泡沫, 1.70%
不能分离的高分 子复合材料, 2.63%
mineral m0.a3te7%rial
矿物材料, 4.40%
Natural organic modified materials
2 车身构造与功能
2.1 白车身-----外覆盖件系列
主要功能
机罩 雪铁龙C4L
顶盖
行李箱
前后车门
侧围
• 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
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
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,MP1000 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500M Pa,达到1500MPa。主要牌号: 22MnB5
主要功能
• 隔音降噪 • 吸音降噪 • 舒适 • 装饰
2. 车身构造与功能 2.3 车身结构附着物----行李箱装饰系统
典型构成
• 尾门内护板 • 左、右侧装饰件 • 行李箱地毯 • 行李箱门槛装饰件
主要功能
• 吸音降噪 • 舒适 • 装饰 • 承载
2. 车身构造与功能 2.3 车身结构附着物----顶棚内护板系统
典型构成
• 本体骨架 • 上体 • 风格装饰条 • 扶手 • 地图袋 • 卡扣
主要功能
• 成员保护功能 • 储物空间功能 • 装饰功能
2. 车身构造与功能
2.2 车身构筑物-----前大灯系统
典型构成
• 灯座壳体 • 反射镜 • 过渡盘 • 转向灯反射盘 • 透镜
主要功能
• 照明 • 信号 • 装饰
1。注塑 2。涂漆 3。焊接
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
典型材料
P/E+MD15 P/E+EPDM+TD
25
P/E P/E+MD10
P/E+EPDM P/E+MD10
PC、PMMA BMC、HTPC PBT、PP+TD40
3. 车身材料的功能特性
2. 车身构造与功能
2.2 车身构筑物-----仪表板系统
典型构成
• 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
主要功能
• 成员保护功能 • 承载功能 • 储物空间功能 • 装饰功能
2. 车身构造与功能
2.2 车身构筑物-----门内护板系统
典型构成
• 发泡体 • 安装支架
主要功能
• 阻隔 • 减振降噪 • 密封 • 防腐 • 支撑增强
3 车身材料的功能特性
3.1 钢板材料基础知识
冷轧板,再结晶温度以下
热轧板,再结晶温度以上
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ห้องสมุดไป่ตู้且其产品厚度可轧薄至0.18mm左 右。
HC300LAD+Z HC340LAD+Z HC380LAD+Z
FB45/FB60
MS1000 CP1000 DP780/DP980 Al-6351
22MnB5 HC380LAD+Z
DP590 DP780
3. 车身材料的功能特性 3.3 车身构筑物材料
产品类别
仪表板系统 门护板 保险杠
车灯系统
材料特性需求
典型生产工艺
1. 下料 2. 冲压 3. 焊接 4. 油漆
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
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
A、B柱
风窗支柱加强 板
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
3 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
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. 冲压 3. 焊接 4. 油漆
1. 下料 2. 辊压 3. 焊接 4. 油漆
1. 下料 2. 热成形 3. 焊接 4. 油漆
典型材料
DC54D+Z DC56D+Z H220BD+Z H220YD+Z H260YD+Z
2. 车身构造与功能
2.3 车身结构附着物----前围隔音垫
典型构成
• 重质隔音片层 • 软质吸音层 • 过渡盘 • 转向灯反射盘 • 透镜
主要功能
• 隔音降噪 • 隔热
2. 车身构造与功能
2.3 车身结构附着物----主地毯
典型构成
• 表层耐磨织物层 • 背衬重质隔音层 • 软质吸音层 • 脚踏垫
Textiles-composite
合成织物, 0.80%
• 非金属材料non-metallic :28.5%
热塑性材料, Electronic component
12.60%
电子元器件,
Thermoplastics
0.30%
有机天然改型材 料, 1.30%
Paint , cement
油漆、胶粘剂,
3 车身材料的功能特性 3.1 钢板材料基础知识
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:
延伸率A%:
指材料在拉伸过程中产生永 材料在拉伸断裂后,总伸长 久变形(开始失效)时的强度 与原始标距长度的百分比
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。
3 车身材料的功能特性
3.1 钢板材料基础知识
IF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
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+Z
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
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,DP980
3.4 车身结构附着物材料
产品类别
隔音垫/地毯 系统
行李箱系统
顶棚内饰板
阻尼片 膨胀片
材料特性需求
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。良好的热成型性能 2。较好的刚性 3。低挥发、低气味
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。
3.2 白车身材料
3 车身材料的功能特性
产品类别
材料特性需求
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
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