汽車車身結構與材料設計ppt課件

1、汽車車身結構與材料設計,輕量化 綠色 環(huán)保 節(jié)能 Lightweight, Eco product, Environmental friendly, Energy-saving,1,內容提要,2,車身構造與功能,6,神龍汽車生態(tài)設計,1,整車材料構成,生態(tài)設計途徑與成果Exemples et rendements,4,5,車身部件材料設計原則與案例,車身材料的發(fā)展趨勢,3,車身材料的功能特性,97%,1 整車材料構成,cast iron,steel,Al,Aluminium alloy,lead,Other metal,mineral material,金屬材料Metal：66.9% 液體材料

2、Fluid：4.6% 非金屬材料non-metallic ：28.5%,3,2 車身構造與功能,2.1 白車身-外覆蓋件系列,主要功能,密封隔噪功能 行人保護 防撞擊功能 物品貯藏 車頂保護 造型美觀,典型構成,門外板 門內板 機罩外板 機罩加強板 行李箱外板 行李箱內板 頂蓋 頂蓋加強框 側圍外板,4,2 車身構造與功能,2.1 白車身-內結構件系列,主要功能,受力承載 行人保護 防撞擊功能 物品貯藏 車頂保護,典型構成,前立柱（A柱） 中立柱（B柱） 前縱梁 前保險杠骨架 風窗支柱加強板 側門檻 門防撞加強板 車底橫梁 后保險杠骨架 后縱梁,5,2. 車身構造與功能,2.2 車身構筑物-保

3、險杠系統(tǒng),車輛保護功能 行人保護 承載功能 裝飾功能 為車輛冷卻系統(tǒng)提供足夠的空氣進氣量,主要功能,中部骨架 左右側支架 吸能器 表皮 上格柵+鍍鉻框 左右大燈支架 品牌標識 下格柵+電鍍裝飾件 左右霧燈蓋板,典型構成,6,2. 車身構造與功能,2.2 車身構筑物-儀表板系統(tǒng),成員保護功能 承載功能 儲物空間功能 裝飾功能,主要功能,本體骨架 本體蒙皮 導風道 出風管 乘客側安全氣囊 雜物箱 金屬橫梁,典型構成,7,2. 車身構造與功能,2.2 車身構筑物-門內護板系統(tǒng),成員保護功能 儲物空間功能 裝飾功能,主要功能,本體骨架 上體 風格裝飾條 扶手 地圖袋 卡扣,典型構成,8,2. 車身構造

4、與功能,2.2 車身構筑物-前大燈系統(tǒng),照明 信號 裝飾,主要功能,燈座殼體 反射鏡 過渡盤 轉向燈反射盤 透鏡,典型構成,9,2. 車身構造與功能,2.3 車身結構附著物-前圍隔音墊,隔音降噪 隔熱,主要功能,重質隔音片層 軟質吸音層 過渡盤 轉向燈反射盤 透鏡,典型構成,10,2. 車身構造與功能,2.3 車身結構附著物-主地毯,隔音降噪 吸音降噪 舒適 裝飾,主要功能,表層耐磨織物層 背襯重質隔音層 軟質吸音層 腳踏墊,典型構成,11,2. 車身構造與功能,2.3 車身結構附著物-行李箱裝飾系統(tǒng),吸音降噪 舒適 裝飾 承載,主要功能,尾門內護板 左、右側裝飾件 行李箱地毯 行李箱門檻裝飾

5、件,典型構成,12,2. 車身構造與功能,2.3 車身結構附著物-頂棚內護板系統(tǒng),吸音降噪 舒適 裝飾,主要功能,表面織物裝飾層 支撐骨架復合層 無紡布背襯,典型構成,13,2. 車身構造與功能,2.3 車身結構附著物-阻尼片,減振 降噪 隔熱 防銹防腐,主要功能,石油瀝青 無機填料,典型構成,14,2. 車身構造與功能,2.3 車身結構附著物-膨脹片,阻隔 減振降噪 密封 防腐 支撐增強,主要功能,發(fā)泡體 安裝支架,典型構成,15,熱軋板與冷軋板的區(qū)別： 熱軋鋼板和冷軋鋼板的生產工藝不同。 熱軋板是在高溫下軋制而成，具有更好的延性，有較大的厚度。 冷軋板是在常溫下軋制而成，具有更好的強度，厚

6、度比較小。 冷軋板的表面質量、外觀、尺寸精度均優(yōu)于熱軋板,且其產品厚度可軋薄至0.18mm左右。,熱軋板，再結晶溫度以上,冷軋板，再結晶溫度以下,鋼板分類 按屈服強度分 軟鋼：屈服強度Rp0.2 210MPa的鋼板 高強度鋼板：屈服強度Rp0.2 210MPa的鋼板,薄板：3mm,厚板：3mm,3 車身材料的功能特性,3.1 鋼板材料基礎知識,按用途分,按表面處理分,3 車身材料的功能特性,3.1 鋼板材料基礎知識,應變硬化指數(shù)（n值）： 是金屬薄板在塑性變形過 程中，形變強化能力的一 種度量，可用來估計單軸 拉伸試驗中，試驗開始縮 頸時的應變。,鋼板材料常用的5項性能指標,抗拉強度Rm： 也

7、叫強度極限，指材料在拉斷前承受最大應力值,屈服強度Rp0.2： 指材料在拉伸過程中產生永久變形(開始失效)時的強度,延伸率A%： 材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始標距長度的百分比,塑性應變比(r值）： 是材料在沖壓成型時寬度上的應變值與厚度上的應變值之比，是評價金屬薄板深壓延性能的重要參數(shù)，它反映金屬薄板在其平面內承受拉力或壓力時，抵抗變薄或變厚的能力。它與多晶體材料中，結晶擇優(yōu)取向有關，是金屬薄板塑性各項異性的一種度量。,厚度方向的減薄是沖壓過程中開裂的主要原因， n值與r值一般越大越好。 當r值1時,材料厚度方向容易變形減薄,沖壓性能不好； 當r值1時,沖壓成型過程中寬度和長度方向變形容易,

8、能抵制厚度方向的變薄，沖壓性能好。 因此,r值大,成型性好。,3 車身材料的功能特性,3.1 鋼板材料基礎知識,18,高強度低合金鋼：在低碳鋼或超低碳鋼中，通過單一或復合添加鈮,鈦,釩等微合金元素， 形成碳氮化合物粒子析出進行強化，同時,通過微合金元素的細化晶粒作用，以獲得較高 的強度。 廣泛應用于車身加強件，結構件等。 例如：H300LAD+Z，H340LAD+Z，H380LAD+Z,高強度IF鋼：通過控制鋼中的化學成分來改善鋼的r值和n值。由于鋼中元素的固溶強化 和無間隙原子的微觀結構，深沖性能優(yōu)良，可用于地板等內部結構件。 例如： H220YD+Z ， H260YD+Z,IF鋼：在超低碳

9、鋼中加入適量的鈦或鈮，使鋼中的碳、氮間隙原子完全被固定成碳、氮 化物，鋼中沒有間隙原子存在的一類鋼。例如：DC54D+Z ， DC56D+Z,鐵素體貝氏體鋼（FB鋼）：雙相高強度鋼板，顯微組織為鐵素體和貝氏體，擁有良好的 疲勞性能和擴孔性能，廣泛應用于車身和底盤零件中。 例如：HR45，HR60，F(xiàn)B450，F(xiàn)B560，F(xiàn)B590,雙相鋼（DP鋼）：鋼的顯微組織主要為鐵素體和馬氏體，馬氏體組織以島狀彌散分布在 鐵素體基體上。雙相鋼無時效，具有低的屈強比和較高的加工硬化指數(shù)以及烘烤硬化值， 是結構類零件首選材料。例如：DP450，DP590，DP780，DP980,3 車身材料的功能特性,3.1

10、 鋼板材料基礎知識,相變誘導塑性鋼（TRIP鋼） ：鋼的顯微組織為鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體(其含量5%)。 在成形過程中，殘余奧氏體可相變?yōu)轳R氏體組織，具有較高的加工硬化率、均勻伸長率和抗 拉強度。與同等抗拉強度的雙相鋼相比，具有更高的延伸率。 例如：TRIP800,烘烤硬化鋼板（BH鋼）：在低碳鋼或超低碳鋼中保留一定量的固溶碳、氮原子，同時可通 過添加磷、錳等固溶強化元素來提高強度。加工成形后，在一定溫度下烘烤后，由于時效 硬化使鋼的屈服強度進一步升高。 通常應用于門外板。例如：H180BD+Z ， H220BD+Z,激光拼焊板 ：采用激光能源，將若干不同材質、不同厚度、不同涂層的鋼材、不

11、銹鋼材、 鋁合金材等進行自動拼合和焊接而形成一塊整體板材，以滿足零部件對材料性能的不同要 求，用最輕的重量、最優(yōu)結構和最佳性能來實現(xiàn)零件輕量化。,馬氏體鋼（熱成型板 ）：是一種在加熱狀態(tài)下成型的鋼板。通常在900-950的奧氏體狀態(tài)下進行沖壓，并在模具內淬火冷卻，得到全馬氏體組織，抗拉強度可以從沖壓前的500MPa，達到1500MPa。主要牌號： 22MnB5,復相鋼（CP鋼）：在鐵素體和（或）貝氏體基體上，通常分布少量的馬氏體、殘余奧氏體 和珠光體組織。通過添加微合金元素Ti或Nb，形成細化晶?；蛭龀鰪娀男P鋼具有非 常高的抗拉強度。與同等抗拉強度的雙相鋼相比，其屈服強度明顯要高很多

12、，且有較高的能 量吸收能力和較高的殘余應變能力。 例如：CP1000，MP1000,3 車身材料的功能特性,3.1 鋼板材料基礎知識,3 車身材料的功能特性,3.2 白車身材料,21,3. 車身材料的功能特性,3.3 車身構筑物材料,22,3. 車身材料的功能特性,3.4 車身結構附著物材料,23,4.1 中立柱、前立柱、風窗支柱加強板、門防撞板,零件特點,4 車身部件材料設計原則與案例,形狀復雜 承受沖擊載荷 要求高強度、高剛度和一階彎曲模態(tài)頻率,材料及工藝設計,22MnB5 抗拉強度1500MPa 熱成形+激光切割工藝 良好的沖壓工藝性能 良好的焊接性能,風窗支柱加強板,前立柱,門防撞加強

13、板,中立柱,24,4 車身部件材料設計原則與案例,4.1 熱成形材料工藝設計,OP10 落料,OP20 熱處理 加熱溫度 加熱時間,OP30 沖壓+冷卻 壓邊力 保壓時間 冷卻速度,OP40 激光切割 尺寸精度,600MPa鐵素體+珠光體,25,1500MPa馬氏體,材料組織轉變,強度翻倍,4.2 車身覆蓋件,零件特點,4 車身部件材料設計原則與案例,形狀復雜 零件體積大 合適的剛度、強度和一階彎曲模態(tài)頻率,材料及工藝設計,DX54D+Z/DX56D+Z/ H220YD+Z/H260YD+Z 低屈服強度、高延伸率 冷沖壓工藝 良好的沖壓工藝性能 良好的焊接性能 良好的表面質量,門外板,門內板,

14、26,4.2 車身覆蓋件沖壓工藝設計,4 車身部件材料設計原則與案例,27,4.3 車身金屬件防腐蝕設計,零件使用環(huán)境要求,4 車身部件材料設計原則與案例,車身防腐材料及工藝設計,一定年限鹽霧要求 沙石擊打 泥水噴濺 紫外線照射 高溫 酸堿等各種化學品腐蝕,鋼板雙面鍍鋅 磷化 多層油漆,28,4.3 緊固件防腐蝕設計,零件使用環(huán)境,4 車身部件材料設計原則與案例,防腐材料及工藝設計,沙石擊打 泥水噴濺 高溫 酸堿鹽化學品腐蝕 合適的表面摩擦系數(shù),片狀鋅涂層 Zn-Ni合金 磷化模 電鍍鋅,Zn-Ni合金鍍層,片狀鋅涂層,電鍍鋅鍍層,29,優(yōu)異的成型加工性，高的流動性，成型合格率高 易于表面裝飾

15、，良好的外觀表現(xiàn)和觸感，易清潔 良好的高低溫尺寸穩(wěn)定性 良好的沖擊性能，低溫不能產生沖擊碎片 良好的剛性和韌性平衡性 耐久性和耐人體接觸性 良好的材料噪音兼容性 設計自由度高，可以實現(xiàn)CAE設計,材料及工藝設計,結構復雜，需要多副模具實現(xiàn)成型 表面裝飾要求高，與駕乘者直接接觸 服役工況苛刻，承受高熱和暴曬 功能要求高，有靜態(tài)和動態(tài)試驗 安全法規(guī)要求，保護駕乘者安全 差異化設計，各OEM設計理念的體現(xiàn),零件特點,儀表板總成,4 車身部件材料設計原則與案例,4.4 儀表板系統(tǒng)設計,30,4 車身部件材料設計原則與案例,31,發(fā)泡后的儀表板,除霜管總成,振動摩擦焊接,焊接后的儀表板進行總成裝配：橫梁

16、、雜物盒斗等,本體骨架：注塑成型,4.4 儀表板工藝設計,31,良好的沖擊特性（常溫、低溫） 多軸沖擊斷裂形態(tài)為韌性斷裂； 良好的剛/韌平衡特性 良好的尺寸穩(wěn)定性； 優(yōu)異的加工特性和外觀質量-高流動性、低收縮率；,材料及工藝設計,側碰時無碎屑飛出，應力分布在要求區(qū)域內 -30 對外觀面進行沖擊無斷裂 耐暴曬和氣候老化 在各點施加一定牽引力，變形以及殘余變形量符合技術要求,零件特點,4.5 門護板系統(tǒng)設計,32,注塑成型,注塑骨架+搪塑表皮/噴塑表皮/陰/陽模真空吸塑表皮 連接方式：粘接或者澆注PU發(fā)泡,注塑成型,注塑骨架+表皮或者面料 膠粘工藝,注塑骨架+表皮或者面料 膠粘工藝,注塑成型,注塑

17、骨架+噴漆/水轉印/IMD/電鍍裝飾,超聲波焊接,超聲波焊接,卡接,螺釘固定,超聲波焊接,超聲波焊接,4.5 門護板工藝設計,33,5. 車身材料的發(fā)展趨勢,5.1 車身金屬材料發(fā)展趨勢,基于輕量化設計的高強鋼材料開發(fā) 高擴孔性能材料開發(fā) 第三代汽車鋼板 輕質金屬板料,雙相鋼系列DP590、DP780、DP980 馬氏體鋼22MnB5 復相鋼系列CP1000 相變誘發(fā)塑形鋼TRIP800,冷軋酸洗板FB45、FB60,孿生誘發(fā)塑變鋼TWIP,汽車鋁板 Mg合金,34,5. 車身材料的發(fā)展趨勢,5.1 車身金屬材料發(fā)展趨勢,表面自潤滑鋼板,特種制造工藝鋼板,激光拼焊板 變截面厚度板,變截面厚度板

18、,激光拼焊板,先進制造工藝,輥壓成型 在線輥點焊 液壓成型 激光釬焊,35,5. 車身材料的發(fā)展趨勢,5.2 車身非金屬材料發(fā)展趨勢,基于低油耗、低排放的車身輕量化設計需求的高性能塑料材料和工藝 低毒、低揮發(fā)、低氣味材料 易于回收再利用的材料 再生材料及非石油基綠色材料 表面自裝飾的材料,以塑代鋼-高性能高分子材料替代金屬材料 輕質復合材料替代傳統(tǒng)高密度材料 適應部件薄壁化設計的高剛性、高強度材料 微發(fā)泡成型工藝和材料 替代硅酸鹽玻璃的塑料車窗材料,低苯、低的無溶劑或水性膠粘劑材料 低胺、低醛 、低苯、低氣味的PU材料 低醛、低苯、低PAHs的織物皮革材料 低醛 、低氣味的聲學降噪材料,高光、

19、金屬質感、可取代噴涂和電鍍裝飾材料 熒光材料,36,履行社會責任，推動行業(yè)技術進步,源頭控制、系統(tǒng)考慮、全過程干預 Source control, systematization, intervention throughout the process 最大限度降低資源消耗 Minimize resource consumption 少用或不用含有毒有害物質的原材料Interdiction and limitation of toxic raw material,神龍汽車生態(tài)設計 Eco-design in DPCA,Energy saving,Environmental friendly,H

20、ealthy,Fulfill social responsibility; Advance automobile technology Care for the people; Care for the car.,Eco-design,輕量化、燃油消耗、排放、安全、健康處于行業(yè)前列 Ranks top in the industry considering lightweight, fuel consumption, emission, security and health,全生命周期控制 Lifecycle control,6.1 神龍汽車生態(tài)設計目標 Objectives of eco-

21、design,Index system,Four dynamic factors,東風與PSA全球戰(zhàn)略聯(lián)盟，加速神龍發(fā)展 Strategic alliance of DFM-PSA leads to the accelerating development of DPCA,極具雄心與競爭力的產品規(guī)劃 Ambitious and competitive product programming,先進的動力總成 Advanced powerplant,富有挑戰(zhàn)性的先進材料研發(fā)及應用計劃 Chanllenging meterial research, development and applicati

22、on,6.2 綠色戰(zhàn)略及保障措施 Green strategy and safeguard,車身廣泛使用高強鋼 Widely use of High strength steels on BIW,6.3途徑與成果 Approaches and achievements,40,高分子材料占整車總重約10%15% Macromolecular material takes up 10% to 15% of vehicle gross weight,高性能改性材料和合金材料廣泛應用于車身裝飾件、結構件、動力系統(tǒng)部件、操縱系統(tǒng)和底盤部件 High-performance modified materi

23、al and alloy material are applied to car body garnish, structural component, power system component, control system and underpan component,- 高分子材料的的研發(fā)與應用 Development and application of macromolecular material,6.3 途徑與成果 Approaches and achievements,41,塑料合金,有效減重 ！,在傳統(tǒng)的金屬部件上 應用高性能合金材料和復合材料 Application o

24、f high-performance alloy and compound material on the basis of classic metal components 實現(xiàn)減重40%以上 Weight reduction 40%,- 復合材料、聚合物合金材料的研發(fā)與應用 Development and application of compound material, polymeric alloy,6.3 途徑與成果 Approaches and achievements,Plastic alloy,復合材料,Weight reduction,42,處于行業(yè)先進水平 Lead the

25、 industry,- 低VOC、低氣味材料的研發(fā)與應用 Development and application of low VOC and low odor material,6.3 途徑與成果 Approaches and achievements,43,全面禁止使用Pb, Hg, Cd, Cr6+四種重金屬，兩類阻燃劑 Interdiction of 4 types of heavy metal (Pb, Hg, Cd, Cr6+) and 2 types of flame retardant,- 禁止使用有毒有害物質材料 Interdiction of toxic material,

26、橡膠制品中限制使用產生PAHs的物質 Limitation of substance producing PAHs in rubber products,6.3 途徑與成果 Approaches and Achievements,全供應鏈15%零件實施技術升級 Technology upgrading of 15% components in supply chain,44,- 綠色制造、清潔生產 Green manufacturing, clean production,6.3 途徑與成果 Approaches and Achievements,首創(chuàng)綠色前處理、免中涂、水性色漆車身油漆材料體系及涂裝生產線 The initiative of new style water paint material systems specially developed for the green pre