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1、普通高等教育 “十一五”国家级规划教材 汽车车身设计 黄金陵主编 第九章 基于制造工艺和材料要 求的白车身设计 提纲 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的划分 二、车身板壳零件的设计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐设计 第二节 铝结构车身 一、结构铝的类型和性质 二、铝合金的加工性能及其对车身结构 设计的影响 三、铝车身结构的研制和性能探讨 第三节 复合材料车身 一、复合材料 二、复合材料车身开发 第四节 车身制造精度和定位参考系统 一、车身制造和装配精度要求“2mm 工程” 二、车身产品尺寸管理 三、车身制造定位参考系统设计和运用
2、 传统钢结构车身设计制造，材料和设备费用是成本的主要 部分，而设计费用的投入仅占5%；但是设计对产品起决定 性的作用 良好的设计不仅体现在产品的性能上，而且还体现于良好 的加工工艺和制造成本 世界能源短缺，环境保护，轻量化成为关注的焦点 轻量化，主要从两方面着手研究 1. 结构轻量化 2. 材料轻量化 材料轻量化：采用轻金属材料和非金属材料，是最直接、最 有效的轻量化措施 白车身由数百个冲压零件装配而成，其装配过程： 车身结构的划分 与零件的冲压工艺性、焊装工艺性、制造装配精度都有很大关 系，影响产品的系列化、标准化，影响生产率、生产组织、工 时的平衡和设备的复杂程度 第一节 普通低碳钢车身
3、一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 冲压零件合件分总成总成 车身的大型板壳零件可分为三类 1）外覆盖件 如车身顶盖，发动机罩外板、门外板、翼子板等与外形有关的 大型零件 要求是制造精度高，表面光滑，棱角线条清晰，与相邻部件棱 线吻合，有一定的刚度 2）内部大型板件 如前围内板、地板、门内板等 要求足够的刚度，零件上的安装尺寸要准确 3）骨架结构件 在车身上起支撑作用 如支柱、门窗框及各种纵、横梁等结构件 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三
4、、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （一）车身零件的分块及拉延工艺的考虑 1 零件大型化 钢板宽度足够、冲压工艺允许、设备条件具备情况下，应使 零件分块大些 优点 减小表面可见焊缝和焊接工作量 提高车身制造精度，外观完整性 减轻重量 避免由于点焊等联接不连续造成的刚度和强度下降 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （一）车身零件的分块及拉延工艺的考虑 2零件设计中拉延工艺的考虑 拉延方向保证凸模能完全进入
5、凹模，不得有凸模达不到的负角； 零件的形状应尽可能简单匀称 零件的拉延深度要恰当，争取一次拉延成型 具有反拉延的覆盖件，为增加变形分布区域，零件设计时应加大 这部分的圆角半径 车身内覆盖件上的附件（如车门内板上的装玻璃升降器），常要 求在相应的制件上成型出各种形状的鼓包，以安放螺钉等固定件 有些装饰性标记或线条、局部加强筋等，都是在拉延快终了时成 型，应注意防止破裂 在设计阶段成形分析软件来评价零件的冲压可行性和工艺性 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （一
6、）车身零件的分块及拉延工艺的考虑 3分块应考虑易损件 车身易损件必须单独划分出来，并做成可拆卸的，以便损坏后 更换 4分块线应尽可能与外部造型线相适应，并避免在空 间圆曲面上分块 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求 1车身上的许多装配附件的小孔或连接用孔等，应尽 可能采用规则形状 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六
7、、白车身结构的防腐 设计 孔位分布冲孔方向 （二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求 2弯曲零件弯曲角大于90时，弯曲半径影响不大； 但如小于90时，弯曲半径r应相应增大 局部压弯的零件，为避免在压弯处撕裂，必须预先切 出深度为k的槽，且kr，或将压弯线外移一定距离 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求 曲面上翻边，或平面上翻曲边，将在边缘上产生压应 力或拉应力，设计时应随曲率的增大使翻边的宽度相 应的减小 翻边大多数用于与其它零件
8、连接，也可用于加强零件 刚度。翻边最好设计在大致同一平面上 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （二）有关零件冲裁、压弯等工艺要求 孔的翻边高度h应小于0.3D（孔径）；若条件允许，改 成沉孔较好；先冲出凹台后，再冲孔 切口太小，模具成本高；切口每边角度5，有利于模 具修整和强度 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 传统车身上
9、广泛采用的焊接方法是接触焊 接触焊包括点焊、凸焊、缝焊等 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （一）车身零件接头的设计 1）由于车身零件受力复杂，且零件间通过焊点相互传 力，设计的连接型式要具有连续性。应使焊点承受剪 切力 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 图a结构难以传递X方向的力和绕Y、Z轴 的力矩，且翻边容易发生弯曲弹
10、性变形 图b搭接处焊点承受剪切负荷，能更好地 传递各方面载荷 图a零件间力的传递发生在焊接翻边 上，而不是发生在零件主表面上 图b的焊接方式，力的传递是发生在 零件主表面，比图a焊接方式好 （一）车身零件接头的设计 2）在设计车身零件的连接型式时，应保证悬挂式焊钳 或固定式焊极对连接部位的接近方便性 车身上较多采用搭接型式或翻边对接，焊接品质好， 且便于大量生产 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 a）搭接 b）翻边对接 （一）车身零件接头的设计 简单合件的焊
11、接，可以采用各种方法使零件自动定位 焊接闭口截面必须将焊缝外引，否则焊接品质最不易 保证 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 流水槽与顶盖的连接 1内边槽 2外边梁 3顶盖 4流水槽 图a，顶盖上流水槽的焊接型式焊枪引入困难，采用了间 接搭接的型式，焊接品质难以保证 图b，顶盖和流水槽采用双面点焊连接型式则较好，使流 水槽相对顶盖的位置稳定 （二）焊点布置 焊点的直径d和点距s 1）最佳的焊点直径约为 2）焊点间距。焊点数越多，连接强度愈高 3）焊点布置离板边
12、不宜太近 4）焊点不应布置在圆角拐弯处或不甚平整的部位 5）尽可能少采用三层板的焊接结构 6）大型的点焊结构，焊点尽可能对称布置 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （一）激光切割 可按照编制的程序高速、高质量地制造任何形状，不需要模 具。灵活，节省材料 （二）激光焊接 优点 只需单面激光接触 焊接质量紧实稠密，可提高结构强度和刚度 如果用翻边时，可减小焊接翻边宽度 增加设计灵活性 热变形小 高效率 是无接触焊接，减小了噪声 激光可以做到穿过3层以上材料厚度
13、节约资金，便于组织柔性生产 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （三）拼焊板 将2块或以上不同的平直的钢板材料，通过激光焊接先 拼焊在一起，然后进行成形加工 使用拼焊板的意义： 整体冲压，减少了零件数和模具，降低了成本 提高了材料利用率，减轻了重量 提高了尺寸精度 零件数减少，零件间的搭接和密封要求减少，提高 了防腐性能，节省了焊接装配成本 可以改进车身结构的安全性能和耐久性 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊
14、接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （四）拼焊管与液压成形技术 现在管材可通过液压成形获得各种形状的钢管产品 拼焊管液压成形技术的应用，通常是将周边零件重新 组合在一起。在与周边零件组合时，管端直径被扩胀 并轴向地伸入定位工具，然后在接头处全面激光焊接 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 传统白车身所采用的金属材料主要是钢材，除必须保 证适当的强度等要求，必须满足成批或大量生产冷冲 压和装配工艺的要求 第一节
15、 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （一）普通低碳钢板 1钢板的成形性能 冷冲压钢板是以金属的塑性变形为基 础的加工方法。伸长率是衡量塑性变 形能力的指标 冷冲压用钢板分为冷轧钢板和热轧钢 板 热轧钢板是在t800时轧制而成的， 其可加工性不如冷轧钢板，厚度一般为 1.66.0mm之间。板厚为1.21.4mm的热 轧钢板主要用于车身下部构件、内护板 、车门内板等，大于1.6mm以上的用于 结构加强板和铰链等 冷轧钢板比热轧钢板冲压加工性能好， 表面美观。在汽车上应用较多, 广泛采 用0.61.0mm板厚 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （一）普通低碳钢板 冷轧钢板按冲压级别分为最复杂拉延级（ZF）、很复杂拉延 级（HF）、复杂拉延级（F）、最深拉延级（Z）、深拉延级 （S）和普通拉延级（P），其冲压成形性逐次降低 第一节 普通低碳钢车身 一、白车身结构系统的 划分 二、车身板壳零件的设 计 三、焊接接头设计 四、车身制造技术的发 展 五、车身所用钢板材料 六、白车身结构的防腐 设计 （一）普通低碳钢板 2车身冲压
