汽車車身結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)ppt課件

1、汽車車身結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì),輕量化 綠色 環(huán)保 節(jié)能 Lightweight, Eco product, Environmental friendly, Energy-saving,1,內(nèi)容提要,2,車身構(gòu)造與功能,6,神龍汽車生態(tài)設(shè)計(jì),1,整車材料構(gòu)成,生態(tài)設(shè)計(jì)途徑與成果Exemples et rendements,4,5,車身部件材料設(shè)計(jì)原則與案例,車身材料的發(fā)展趨勢(shì),3,車身材料的功能特性,97%,1 整車材料構(gòu)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(gòu)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(hù) 防撞擊功能 物品貯藏 車頂保護(hù) 造型美觀,典型構(gòu)成,門外板 門內(nèi)板 機(jī)罩外板 機(jī)罩加強(qiáng)板 行李箱外板 行李箱內(nèi)板 頂蓋 頂蓋加強(qiáng)框 側(cè)圍外板,4,2 車身構(gòu)造與功能,2.1 白車身-內(nèi)結(jié)構(gòu)件系列,主要功能,受力承載 行人保護(hù) 防撞擊功能 物品貯藏 車頂保護(hù),典型構(gòu)成,前立柱（A柱） 中立柱（B柱） 前縱梁 前保險(xiǎn)杠骨架 風(fēng)窗支柱加強(qiáng)板 側(cè)門檻 門防撞加強(qiáng)板 車底橫梁 后保險(xiǎn)杠骨架 后縱梁,5,2. 車身構(gòu)造與功能,2.2 車身構(gòu)筑物-保

3、險(xiǎn)杠系統(tǒng),車輛保護(hù)功能 行人保護(hù) 承載功能 裝飾功能 為車輛冷卻系統(tǒng)提供足夠的空氣進(jìn)氣量,主要功能,中部骨架 左右側(cè)支架 吸能器 表皮 上格柵+鍍鉻框 左右大燈支架 品牌標(biāo)識(shí) 下格柵+電鍍裝飾件 左右霧燈蓋板,典型構(gòu)成,6,2. 車身構(gòu)造與功能,2.2 車身構(gòu)筑物-儀表板系統(tǒng),成員保護(hù)功能 承載功能 儲(chǔ)物空間功能 裝飾功能,主要功能,本體骨架 本體蒙皮 導(dǎo)風(fēng)道 出風(fēng)管 乘客側(cè)安全氣囊 雜物箱 金屬橫梁,典型構(gòu)成,7,2. 車身構(gòu)造與功能,2.2 車身構(gòu)筑物-門內(nèi)護(hù)板系統(tǒng),成員保護(hù)功能 儲(chǔ)物空間功能 裝飾功能,主要功能,本體骨架 上體 風(fēng)格裝飾條 扶手 地圖袋 卡扣,典型構(gòu)成,8,2. 車身構(gòu)造

4、與功能,2.2 車身構(gòu)筑物-前大燈系統(tǒng),照明 信號(hào) 裝飾,主要功能,燈座殼體 反射鏡 過渡盤 轉(zhuǎn)向燈反射盤 透鏡,典型構(gòu)成,9,2. 車身構(gòu)造與功能,2.3 車身結(jié)構(gòu)附著物-前圍隔音墊,隔音降噪 隔熱,主要功能,重質(zhì)隔音片層 軟質(zhì)吸音層 過渡盤 轉(zhuǎn)向燈反射盤 透鏡,典型構(gòu)成,10,2. 車身構(gòu)造與功能,2.3 車身結(jié)構(gòu)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(zhì)隔音層 軟質(zhì)吸音層 腳踏墊,典型構(gòu)成,11,2. 車身構(gòu)造與功能,2.3 車身結(jié)構(gòu)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(nèi)護(hù)板 左、右側(cè)裝飾件 行李箱地毯 行李箱門檻裝飾

5、件,典型構(gòu)成,12,2. 車身構(gòu)造與功能,2.3 車身結(jié)構(gòu)附著物-頂棚內(nèi)護(hù)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(fù)合層 無(wú)紡布背襯,典型構(gòu)成,13,2. 車身構(gòu)造與功能,2.3 車身結(jié)構(gòu)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(wú)機(jī)填料,典型構(gòu)成,14,2. 車身構(gòu)造與功能,2.3 車身結(jié)構(gòu)附著物-膨脹片,阻隔 減振降噪 密封 防腐 支撐增強(qiáng),主要功能,發(fā)泡體 安裝支架,典型構(gòu)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(chǎn)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(qiáng)度，厚

6、度比較小。 冷軋板的表面質(zhì)量、外觀、尺寸精度均優(yōu)于熱軋板,且其產(chǎn)品厚度可軋薄至0.18mm左右。,熱軋板，再結(jié)晶溫度以上,冷軋板，再結(jié)晶溫度以下,鋼板分類 按屈服強(qiáng)度分 軟鋼：屈服強(qiáng)度Rp0.2 210MPa的鋼板 高強(qiáng)度鋼板：屈服強(qiáng)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(chǔ)知識(shí),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(chǔ)知識(shí),應(yīng)變硬化指數(shù)（n值）： 是金屬薄板在塑性變形過 程中，形變強(qiáng)化能力的一 種度量，可用來(lái)估計(jì)單軸 拉伸試驗(yàn)中，試驗(yàn)開始縮 頸時(shí)的應(yīng)變。,鋼板材料常用的5項(xiàng)性能指標(biāo),抗拉強(qiáng)度Rm： 也

7、叫強(qiáng)度極限，指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力值,屈服強(qiáng)度Rp0.2： 指材料在拉伸過程中產(chǎn)生永久變形(開始失效)時(shí)的強(qiáng)度,延伸率A%： 材料在拉伸斷裂后，總伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比,塑性應(yīng)變比(r值）： 是材料在沖壓成型時(shí)寬度上的應(yīng)變值與厚度上的應(yīng)變值之比，是評(píng)價(jià)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(nèi)承受拉力或壓力時(shí)，抵抗變薄或變厚的能力。它與多晶體材料中，結(jié)晶擇優(yōu)取向有關(guān)，是金屬薄板塑性各項(xiàng)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(dāng)r值1時(shí),材料厚度方向容易變形減薄,沖壓性能不好； 當(dāng)r值1時(shí),沖壓成型過程中寬度和長(zhǎng)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(chǔ)知識(shí),18,高強(qiáng)度低合金鋼：在低碳鋼或超低碳鋼中，通過單一或復(fù)合添加鈮,鈦,釩等微合金元素， 形成碳氮化合物粒子析出進(jìn)行強(qiáng)化，同時(shí),通過微合金元素的細(xì)化晶粒作用，以獲得較高 的強(qiáng)度。 廣泛應(yīng)用于車身加強(qiáng)件，結(jié)構(gòu)件等。 例如：H300LAD+Z，H340LAD+Z，H380LAD+Z,高強(qiáng)度IF鋼：通過控制鋼中的化學(xué)成分來(lái)改善鋼的r值和n值。由于鋼中元素的固溶強(qiáng)化 和無(wú)間隙原子的微觀結(jié)構(gòu)，深沖性能優(yōu)良，可用于地板等內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(kuò)孔性能，廣泛應(yīng)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(wú)時(shí)效，具有低的屈強(qiáng)比和較高的加工硬化指數(shù)以及烘烤硬化值， 是結(jié)構(gòu)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(chǔ)知識(shí),相變誘導(dǎo)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(zhǎng)率和抗 拉強(qiáng)度。與同等抗拉強(qiáng)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(shí)可通 過添加磷、錳等固溶強(qiáng)化元素來(lái)提高強(qiáng)度。加工成形后，在一定溫度下烘烤后，由于時(shí)效 硬化使鋼的屈服強(qiáng)度進(jìn)一步升高。 通常應(yīng)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(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材、不

11、銹鋼材、 鋁合金材等進(jìn)行自動(dòng)拼合和焊接而形成一塊整體板材，以滿足零部件對(duì)材料性能的不同要 求，用最輕的重量、最優(yōu)結(jié)構(gòu)和最佳性能來(lái)實(shí)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(jìn)行沖壓，并在模具內(nèi)淬火冷卻，得到全馬氏體組織，抗拉強(qiáng)度可以從沖壓前的500MPa，達(dá)到1500MPa。主要牌號(hào)： 22MnB5,復(fù)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(xì)化晶?；蛭龀鰪?qiáng)化的效應(yīng)。CP鋼具有非 常高的抗拉強(qiáng)度。與同等抗拉強(qiáng)度的雙相鋼相比，其屈服強(qiáng)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(yīng)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(chǔ)知識(shí),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(gòu)筑物材料,22,3. 車身材料的功能特性,3.4 車身結(jié)構(gòu)附著物材料,23,4.1 中立柱、前立柱、風(fēng)窗支柱加強(qiáng)板、門防撞板,零件特點(diǎn),4 車身部件材料設(shè)計(jì)原則與案例,形狀復(fù)雜 承受沖擊載荷 要求高強(qiáng)度、高剛度和一階彎曲模態(tài)頻率,材料及工藝設(shè)計(jì),22MnB5 抗拉強(qiáng)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(fēng)窗支柱加強(qiáng)板,前立柱,門防撞加強(qiáng)

13、板,中立柱,24,4 車身部件材料設(shè)計(jì)原則與案例,4.1 熱成形材料工藝設(shè)計(jì),OP10 落料,OP20 熱處理 加熱溫度 加熱時(shí)間,OP30 沖壓+冷卻 壓邊力 保壓時(shí)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(zhuǎn)變,強(qiáng)度翻倍,4.2 車身覆蓋件,零件特點(diǎn),4 車身部件材料設(shè)計(jì)原則與案例,形狀復(fù)雜 零件體積大 合適的剛度、強(qiáng)度和一階彎曲模態(tài)頻率,材料及工藝設(shè)計(jì),DX54D+Z/DX56D+Z/ H220YD+Z/H260YD+Z 低屈服強(qiáng)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(zhì)量,門外板,門內(nèi)板,

14、26,4.2 車身覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì),4 車身部件材料設(shè)計(jì)原則與案例,27,4.3 車身金屬件防腐蝕設(shè)計(jì),零件使用環(huán)境要求,4 車身部件材料設(shè)計(jì)原則與案例,車身防腐材料及工藝設(shè)計(jì),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(xué)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(shè)計(jì),零件使用環(huán)境,4 車身部件材料設(shè)計(jì)原則與案例,防腐材料及工藝設(shè)計(jì),沙石擊打 泥水噴濺 高溫 酸堿鹽化學(xué)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(dòng)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(chǎn)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(shè)計(jì)自由度高，可以實(shí)現(xiàn)CAE設(shè)計(jì),材料及工藝設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要多副模具實(shí)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(dòng)態(tài)試驗(yàn) 安全法規(guī)要求，保護(hù)駕乘者安全 差異化設(shè)計(jì)，各OEM設(shè)計(jì)理念的體現(xiàn),零件特點(diǎn),儀表板總成,4 車身部件材料設(shè)計(jì)原則與案例,4.4 儀表板系統(tǒng)設(shè)計(jì),30,4 車身部件材料設(shè)計(jì)原則與案例,31,發(fā)泡后的儀表板,除霜管總成,振動(dòng)摩擦焊接,焊接后的儀表板進(jìn)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(shè)計(jì),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(zhì)量-高流動(dòng)性、低收縮率；,材料及工藝設(shè)計(jì),側(cè)碰時(shí)無(wú)碎屑飛出，應(yīng)力分布在要求區(qū)域內(nèi) -30 對(duì)外觀面進(jìn)行沖擊無(wú)斷裂 耐暴曬和氣候老化 在各點(diǎn)施加一定牽引力，變形以及殘余變形量符合技術(shù)要求,零件特點(diǎn),4.5 門護(hù)板系統(tǒng)設(shè)計(jì),32,注塑成型,注塑骨架+搪塑表皮/噴塑表皮/陰/陽(yáng)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(zhuǎn)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(hù)板工藝設(shè)計(jì),33,5. 車身材料的發(fā)展趨勢(shì),5.1 車身金屬材料發(fā)展趨勢(shì),基于輕量化設(shè)計(jì)的高強(qiáng)鋼材料開發(fā) 高擴(kuò)孔性能材料開發(fā) 第三代汽車鋼板 輕質(zhì)金屬板料,雙相鋼系列DP590、DP780、DP980 馬氏體鋼22MnB5 復(fù)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(shì),5.1 車身金屬材料發(fā)展趨勢(shì),表面自潤(rùn)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(jìn)制造工藝,輥壓成型 在線輥點(diǎn)焊 液壓成型 激光釬焊,35,5. 車身材料的發(fā)展趨勢(shì),5.2 車身非金屬材料發(fā)展趨勢(shì),基于低油耗、低排放的車身輕量化設(shè)計(jì)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(zhì)復(fù)合材料替代傳統(tǒng)高密度材料 適應(yīng)部件薄壁化設(shè)計(jì)的高剛性、高強(qiáng)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(wú)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(xué)降噪材料,高光、

19、金屬質(zhì)感、可取代噴涂和電鍍裝飾材料 熒光材料,36,履行社會(huì)責(zé)任，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步,源頭控制、系統(tǒng)考慮、全過程干預(yù) 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(zhì)的原材料Interdiction and limitation of toxic raw material,神龍汽車生態(tài)設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)目標(biāo) Objectives of eco-

21、design,Index system,Four dynamic factors,東風(fēng)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(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品規(guī)劃 Ambitious and competitive product programming,先進(jìn)的動(dòng)力總成 Advanced powerplant,富有挑戰(zhàn)性的先進(jìn)材料研發(fā)及應(yīng)用計(jì)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(qiáng)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(yīng)用于車身裝飾件、結(jié)構(gòu)件、動(dòng)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(yīng)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(yīng)用高性能合金材料和復(fù)合材料 Application o

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

25、 industry,- 低VOC、低氣味材料的研發(fā)與應(yīng)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(zhì)材料 Interdiction of toxic material,

26、橡膠制品中限制使用產(chǎn)生PAHs的物質(zhì) Limitation of substance producing PAHs in rubber products,6.3 途徑與成果 Approaches and Achievements,全供應(yīng)鏈15%零件實(shí)施技術(shù)升級(jí) Technology upgrading of 15% components in supply chain,44,- 綠色制造、清潔生產(chǎn) 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(chǎn)線 The initiative of new style water paint material systems specially developed for the green pre