汽车车身结构与材料设计课件.pptx

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1、汽车车身结构与材料设计,轻量化 绿色 环保 节能Lightweight, Eco product, Environmental friendly, Energy-saving,2014 -11-20,内容提要,2,车身构造与功能,6,神龙汽车生态设计,1,整车材料构成,生态设计途径与成果Exemples et rendements,4,5,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,97%,1 整车材料构成,cast iron,steel,Al,Aluminium alloy,lead,Other metal,mineral material,金属材料Metal：6

2、6.9%液体材料Fluid：4.6% 非金属材料non-metallic ：28.5%,2 车身构造与功能,2.1 白车身-外覆盖件系列,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

3、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.

4、 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

5、.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

6、.2 210MPa的钢板,薄板：3mm,厚板：3mm,3 车身材料的功能特性,3.1 钢板材料基础知识,按用途分,按表面处理分,3 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

7、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

8、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+Z,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,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，

9、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，DP980,3 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,烘烤硬化钢板（BH钢）：在

10、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

11、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，MP1000,3 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,3. 车身材料的功能特性,3.3 车身构筑物材料,3. 车身材料的功能特性,3.4 车身结构附着物材料,4.1 中立柱、前立柱、风窗

12、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,25,1500MPa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

13、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,DX54D+Z/DX56D+Z/ H220YD+Z/H260YD+Z低屈服强度、高延伸率冷冲压工艺良好的冲压工艺性能良好的焊接性能良好的表面质量,门外板,门内板,4.2 车身覆盖件冲压工艺设计,4 车身部件材料设计原则与案例,4.3 车身金属件防腐蚀设计,零件使用环境要求,4 车身部件材料设计原则与案例,车身防腐材料及工艺设计,一定年限盐雾要求沙石击打泥水喷溅紫外线照射高温酸碱等各种化学品腐蚀,钢板双面镀锌磷化多层油漆,4.3 紧固件防腐蚀设计,零件使用环境,4 车身部件材料设计原则与案例,防腐材料及工艺设计,沙石击打泥水喷溅高温酸碱盐

14、化学品腐蚀合适的表面摩擦系数,片状锌涂层Zn-Ni合金磷化模电镀锌,Zn-Ni合金镀层,片状锌涂层,电镀锌镀层,优异的成型加工性，高的流动性，成型合格率高易于表面装饰，良好的外观表现和触感，易清洁良好的高低温尺寸稳定性良好的冲击性能，低温不能产生冲击碎片良好的刚性和韧性平衡性耐久性和耐人体接触性良好的材料噪音兼容性设计自由度高，可以实现CAE设计,材料及工艺设计,结构复杂，需要多副模具实现成型表面装饰要求高，与驾乘者直接接触服役工况苛刻，承受高热和暴晒功能要求高，有静态和动态试验安全法规要求，保护驾乘者安全差异化设计，各OEM设计理念的体现,零件特点,仪表板总成,4 车身部件材料设计原则与案例

15、,4.4 仪表板系统设计,4 车身部件材料设计原则与案例,31,发泡后的仪表板,除霜管总成,振动摩擦焊接,焊接后的仪表板进行总成装配：横梁、杂物盒斗等,本体骨架：注塑成型,4.4 仪表板工艺设计,良好的冲击特性（常温、低温）多轴冲击断裂形态为韧性断裂；良好的刚/韧平衡特性良好的尺寸稳定性；优异的加工特性和外观质量-高流动性、低收缩率；,材料及工艺设计,侧碰时无碎屑飞出，应力分布在要求区域内-30 对外观面进行冲击无断裂耐暴晒和气候老化在各点施加一定牵引力，变形以及残余变形量符合技术要求,零件特点,4.5 门护板系统设计,注塑成型,注塑骨架+搪塑表皮/喷塑表皮/阴/阳模真空吸塑表皮连接方式：粘接

16、或者浇注PU发泡,注塑成型,注塑骨架+表皮或者面料胶粘工艺,注塑骨架+表皮或者面料胶粘工艺,注塑成型,注塑骨架+喷漆/水转印/IMD/电镀装饰,超声波焊接,超声波焊接,卡接,螺钉固定,超声波焊接,超声波焊接,4.5 门护板工艺设计,5. 车身材料的发展趋势,5.1 车身金属材料发展趋势,基于轻量化设计的高强钢材料开发高扩孔性能材料开发第三代汽车钢板轻质金属板料,双相钢系列DP590、DP780、DP980马氏体钢22MnB5复相钢系列CP1000相变诱发塑形钢TRIP800,冷轧酸洗板FB45、FB60,孪生诱发塑变钢TWIP,汽车铝板Mg合金,5. 车身材料的发展趋势,5.1 车身金属材料发

17、展趋势,表面自润滑钢板,特种制造工艺钢板,激光拼焊板变截面厚度板,变截面厚度板,激光拼焊板,先进制造工艺,辊压成型在线辊点焊液压成型激光钎焊,5. 车身材料的发展趋势,5.2 车身非金属材料发展趋势,基于低油耗、低排放的车身轻量化设计需求的高性能塑料材料和工艺 低毒、低挥发、低气味材料易于回收再利用的材料再生材料及非石油基绿色材料表面自装饰的材料,以塑代钢-高性能高分子材料替代金属材料轻质复合材料替代传统高密度材料适应部件薄壁化设计的高刚性、高强度材料微发泡成型工艺和材料替代硅酸盐玻璃的塑料车窗材料,低苯、低的无溶剂或水性胶粘剂材料低胺、低醛 、低苯、低气味的PU材料低醛、低苯、低PAHs的织

18、物皮革材料低醛 、低气味的声学降噪材料,高光、金属质感、可取代喷涂和电镀装饰材料荧光材料,履行社会责任，推动行业技术进步,源头控制、系统考虑、全过程干预Source control, systematization, intervention throughout the process最大限度降低资源消耗Minimize resource consumption少用或不用含有毒有害物质的原材料Interdiction and limitation of toxic raw material,神龙汽车生态设计Eco-design in DPCA,Energy saving,Environmen

19、tal friendly,Healthy,Fulfill social responsibility; Advance automobile technologyCare for the people; Care for the car.,Eco-design,轻量化、燃油消耗、排放、安全、健康处于行业前列 Ranks top in the industry considering lightweight, fuel consumption, emission, security and health,全生命周期控制 Lifecycle control,6.1 神龙汽车生态设计目标 Objec

20、tives of eco-design,Index system,Four dynamicfactors,东风与PSA全球战略联盟，加速神龙发展Strategic alliance of DFM-PSA leads to the accelerating development of DPCA,极具雄心与竞争力的产品规划Ambitious and competitive product programming,先进的动力总成 Advanced powerplant,富有挑战性的先进材料研发及应用计划Chanllenging meterial research, development and

21、application,6.2 绿色战略及保障措施 Green strategy and safeguard,车身广泛使用高强钢Widely use of High strength steels on BIW,6.3途径与成果 Approaches and achievements,高分子材料占整车总重约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广泛应用于车身装饰件、结构件、动力系统部件、操纵系统和底盘部件High-performance modified mat

22、erial and alloy material are applied to car body garnish, structural component, power system component, control system and underpan component,- 高分子材料的的研发与应用 Development and application of macromolecular material,6.3 途径与成果 Approaches and achievements,塑料合金,有效减重！,在传统的金属部件上 应用高性能合金材料和复合材料Application of

23、high-performance alloy and compound material on the basis of classic metal components实现减重40%以上Weight reduction 40%,- 复合材料、聚合物合金材料的研发与应用 Development and application of compound material, polymeric alloy,6.3 途径与成果 Approaches and achievements,Plastic alloy,复合材料,Weight reduction,处于行业先进水平Lead the industr

24、y,- 低VOC、低气味材料的研发与应用Development and application of low VOC and low odor material,6.3 途径与成果 Approaches and achievements,全面禁止使用Pb, Hg, Cd, Cr6+四种重金属，两类阻燃剂 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质材料 Interdiction of toxic material,橡胶制品中限制使用产生P

25、AHs的物质Limitation of substance producing PAHs in rubber products,6.3 途径与成果 Approaches and Achievements,全供应链15%零件实施技术升级Technology upgrading of 15% components in supply chain,- 绿色制造、清洁生产 Green manufacturing, clean production,6.3 途径与成果 Approaches and Achievements,首创绿色前处理、免中涂、水性色漆车身油漆材料体系及涂装生产线 The initi

26、ative of new style water paint material systems specially developed for the green pre-treat, free floating coat painting process and production line,无公害排放，节能节水 Non pollution emissions, energy and water saving,中水回用 Reuse of reclaimed water,武汉三厂光伏发电Photovoltaic power generation of WH3,激光拼焊Tailor-welde

27、d blanks,新能源汽车及相关技术开发 Development of New energy vehicles and related technologies轻量化目标：整车减重5%-8%。Objective of lightweight: 5%8% weight loss of the whole vehicle气味、VOC及有毒有害物质控制处于领先水平 Leader in the control of the odor, VOC and the toxic and harmful substances 热、冷成型高强度钢板的应用Application of the high stren

28、gth steels both for hot and cold forming铝板、镁合金材料大范围推广应用Wide application of the Al sheet and Mg alloy 新型复合材料在车身结构件上的大范围推广应用Wide application of the new composite material for the auto body structural parts产品设计的模块化与集约化Modularization and intensification of the product design继续做好清洁生产、清洁工艺Keep on with the clean production,关怀每一个人，关爱每一部车,Thank you !,