5.1车身新技术.doc

5.1车身新技术现代车身要满足在可能小的外形尺寸时要有尽可能大的内部空间，在出现车祸时要给乘驾者最好的防护，发动机、变速箱牢固的在车身上良好工作，车身要有非常好的静态和动态刚度，以使汽车良好的行驶性能，另外，汽车的承载构件要有很高的疲劳强度，在出现事故之后承受的修理费尽量的低。由于发动机的功率越来越高，车架和车身就要承受更高的负荷，相应地就增大了尺寸。同时也要求整车和车的内部空间加大。人们对车的舒适性的要求也越来越高，增加了舒适性配置及特种配置。所有的这些发展现象都使车的重量增加，也就导致了行驶能力的变坏，这又一次迫使人们去提高发动机的功率。为了不陷入这个怪圈或者走出这个怪圈，对汽车车身一定要有明显的改变，但是要实施的前提可能性是构件不但在几何形状上优化，材质的选择方面也要优化。5.1.1车身新材料1)钢钢料无疑是最为常用的材料。采用各种新型的钢合金使用在各自需要的方位处。a）深冲成形钢，深冲成形钢没有特别的强度要求。但这种结构钢件由于它的几何形状复杂，要求它的成形度很高，就不可能使用高强度的钢。顶棚的外板就是实例。顶棚成形量相对来讲不是很大，好像看来适于使用高强度的钢。但顶棚边角是成形的关键部位。（看图2）。在车身制造中使用普通方法和工装可以很容易对这种材料进行焊接。还有一些件使用这种材料，例如，车底板和行李厢底板。图2 E60 车顶棚外板b）IF类钢对于非常复杂造型的零部件，不但要求深冲也需要拉延，有不同的冲延深度，就要使用这种IF类的材料。这种类型的钢的结构是晶格无间隙，是在铁素体的中间晶格内没有了碳和氮的原子，这就使这种合金钢表现出非常低的碳和氮的含量，表现了非常好的成形能力和可焊性。这种钢典型使用是在深冲拉延件，它的冲延深度有时不是完全一样的，汽车侧面框架。如图3。图3 侧面框架c）各向同性的钢料大多数使用拉延法制成的成形的构件的钢材都是各向同性的材料，在深冲的各个方位上的厚度减少量是它的判断标准。这种钢不是在其宽度上流变，而是在其厚度上。这种钢的加工方法普通，可以焊接和钎焊。例如，在车身上的C柱加强件就是有这种钢制造的。图4 C柱的加强件d）烘烤硬化BH钢很难成形的构件，在制造过程中还应该能够提高强度的时候就常常使用这种BH型钢材。除了在冷作过程中提高强度以外，这种钢料在车身通过油漆的烘干炉的流程里面，在20分钟和170度的温度下，可以提高强度大约40N/mm2。通过在合金成分内加上磷以及使碳成分老化来实施这种效果。BH钢本身的屈服限是180-300N/mm2,，最大抗拉强度是500N/mm2，A80拉伸延伸率为30。BH钢在使用气体保护焊和电阻焊的焊接设备时可以实施良好的焊接。这种钢的典型使用地方是在结构件上，例如在顶棚弓条，这个件必须要有高强度，但不易成形制造。还有就是外表面板，例如车门外表面板。这种件尽管有高的成形率，还要有非常好的表明状况和抗变形的强度，这都可以使用BH钢制造。图5 : E60 车门外面板e）微晶合金钢构件使用这种钢材制造具有高强度和高防碰撞的能力。它的成形能力差。微晶件的强度的提高是离析硬化造成的，这种由于在钢的成分里面由最精微分布的硝基碳和极小含量的钛铌钒元素。使用气体保护焊和电阻焊的焊接设备可以实施良好的焊接。这种钢使用的范围的实例比如发动机的后支撑架，车身内部侧面框架。图6 发动机后撑架f）TRIP钢TRIP钢（Transformation Induced Plasticity）。具有高强度和高防碰撞的能力。这种钢的可焊性仅仅局限在使用气体保护焊和电阻焊的进行焊接。在焊接的时候在受热区和焊接的地方都会出现淬火现象。把这种钢和其他高强度的钢混合焊接是不合适的。使用铜基钎焊的方法，车身A柱内柱采用了这种钢。图7 车身A柱内柱g）复合相钢具有非常高的强度，在碰撞时要接受很高能量。由于合金内的一些元素和使用特殊冶炼方法在这种钢内具有非常精细的微晶结构。这种结构的成分是铁素体，马丁体和贝氏体。CP钢的特殊的特点在冷强化时还附加有BH钢的功能。提高了成形能力。这种钢的可焊性仅仅是有条件的局限使用气体保护焊和电阻焊的进行焊接。在焊接的时候在受热区和焊接的地方都会出现淬火现象。把这种钢和其他高强度的钢混合焊接是不合适的。使用在铜基钎焊的方法，在车身上，发动机支撑架后加强板采用了这种钢。h）马丁体金相钢对于要求接收很高碰撞能量而且变形很小的结构件使用马丁体金相钢。这种MS钢具有精细的金相组织。通过马丁体和铁素体成分的合适配比可获得非常高的强度。这种钢在加大变形量的时候还有烘烤硬化钢的效应。在车身上这种钢用来制造车门内侧防撞的加强件。图8 车门内侧防撞的加强件i）硼钢在结构件不但要有最高强度而且还要有高的成形能力时，就要使用硼钢。使用这种钢可以使重量极大减轻。硼钢内含有极少量的硼，但使钢的硬度会明显提高。用于A柱加强件。在车身是在B柱上段加强件上。图9 B柱上段加强件2) 铝a）铝镁合金对于不是外面板的复杂冲压板件来讲，使用铝镁合金制造。调整合金内的镁含量的多少，Al-Mg铝镁合金可具有非常好的成形特性。但在深冲成形后在外表面上可看见像火烧的点痕和细的条纹，只使用在承受一般载荷的结构件。铝镁合金主要使用范围是车内部件，例如，汽车的正面内壁板或是支撑件。图10 正面内壁板b）铝镁硅合金在对于强度有高的要求或是对表面状况质量有高的要求时，使用铝镁硅合金。这种合金不但适用于深冲板材，铝镁硅合金在供货状态时的屈服限就高，但由于这种合金在油漆工艺的烘干过程还能受热硬化，最后的强度还会明显提高。铝镁硅合金在成形的过程中没有流变图纹，可以用于制造外部面板。主要用于有高强度要求的外部构件和结构件。比如发动机仓外罩和发动机内撑横梁，见图11。图 11 发动机仓外罩c）可抗碰撞的铝合金为了在撞车时发动机横梁按照一个规律弯扭，保证有最好的能量接受，高强度铝硅镁承受碰撞的铝合金。用于制造发动机仓外撑横梁上。图12 发动机仓外撑横梁d）铸铝合金使用铸铝合金件允许构件有多样造型，和冲压件相比较，有较大可利用空间。铸铝合金用于减震弹簧支承座以及V型支撑座的架子。图13 减震弹簧支承座5.1.2车身新结构宝马E60车身结构是车身前部使用了“减重型铝质前车”，在大批量生产时候就混合使用了钢铝材料。图14 E60白车身 (图内黄色代表钢材料，兰色代表铝材料)白车身由下面几部分组成：车身前部（GRAV），车身侧面框架和顶棚，侧面板前部，车身底部，车身后部，“减重型铝质前车”GRAV1）车身前部（GRAV）GRAV车身是钢铝混合车身，其结构特点是：钢件和铝件混合使用结构；使用了合适的焊合接缝的工艺技术；对于电磁干扰采取了专门的措施。GRAV的主要优点是前部车身的重量减轻；车桥的负荷分批和车的行驶特性进一步优化； 由于重量减少，使整个行驶舒适性提高。1.弹簧减震支座 2.发动机架 3.支架正面板 4.连接板外 5.横梁正面板 6.正面板 7.A 柱内支板图 15 E60GRV结构2）车身侧面框架和顶棚，A柱加固板在A柱内，在上面和下面有两块水平加固板。它提高了车在碰撞时的强度。1 上板， 2 下板图21 A柱内的加固板车架空心腔内加固板在侧面骨架空腔内和以前一样安放涨压空腔加固板（成形件）。在E60 车内有22块这样的板块，它降低了车的内部噪声。这些空腔和鼓的道理是一样的，如果空腔的空间越小的话，它从内部发射出的的噪声就越小。1.A柱外涨压空腔加固板 2.门槛前方外侧涨压空腔加固板 3.B柱外涨压空腔加固板 4.门槛后部涨压空腔加固板 5.C柱外下方的涨压空腔加固板 6.C柱外涨压空腔加固板图 23 空心腔内加固板1 A柱内部涨压空腔加固板 2 门槛前方内部涨压空腔加固板3 B柱内部涨压空腔加固板 4 门槛后部涨压空腔加固板图 24 空心腔内加固板3）底板结构在这个部分必须使用高强度的钢。底板的结构分成三节，和行李厢之间没有了隔板。隔板和后排座在一起了。侧面框架外部加高件是在侧面固定到纵向横梁上，这就使得在侧面碰撞和正面碰撞时明显提高了在门槛区间的强度。前部的底板分成三件，其组成是:左前底板；右前底板；通道。 1 右前底板 2 通道 3 左前底板图. 30:底板构件这种结构的新特点在于下面各个构件和底板的固定是采用了特种方式的铆接的螺母，发动机撑架后部加长段：1 发动机撑架后部左加长段 2 发动机撑架后部右加长段图. 31: 发动机撑架后部加长段 4）车后部结构轮罩分成四件。悬架弹簧减震杆的支座的强度提高，厚度增加为2.5mm。这样也就无须其他的加固方法。1 后轮罩后面内部半个 2 悬架弹簧减震杆的支座3 后轮罩前面内部半个 4 悬架弹簧减震杆的支座的下部件图. 35: 后轮罩防撞板：这个构件是三位一体的，上面安装保险杠的可变形件，这儿指的不是保险杠的杆件，而是采用激光拼焊的冲压成形件。这块板上的四个孔用来固定保险杠的可变形构件。各个件用的材料：外板，冲压件，2mm板；内板，冲压板，6mm板；导向管，冲压件，3mm板。1 外板 2 内板 3 导向管图. 36:防撞板：5.1.3接缝接合新技术在宝马E60车身钢件区里面使用了各种接缝接合方法，例如Mag式焊接方法, Mig式钎焊接合, 激光焊接，点焊接合以及卷边接合。在车身的铝件区和钢铝过渡区，大多数是采用冲铆接合和焊贴接合方法。另外在车身前面的铝件区由于它的电磁性能也使用MIG惰性气体保护焊。在铝制的外部面板的构件使用卷边和全压边的接合方法。1）钢件接合技术a)点焊粘贴接合点焊粘贴接合有三个明显优点。首先，由于接合方式是面接触受力状况改善，使车身的刚度提高；刚度的提高也改善了车身降低噪声的效果；整个表面的粘合和密封的效果的改善，提高了防腐的能力。使用的粘合材料是1K环氧化物粘合剂，这种粘合剂的优点在于有很高的机械强度，而且可以实施自动化的工艺操作。b)MIG钎焊MIG钎焊，即这种惰性气体保护焊和一般焊接的区别在于，使用的材料是青铜焊丝，它和要粘焊的基底材料不互熔，但却有非常高的粘合强度，有时甚至能够高于基底材料的强度。由于使用的温度较低，对锌覆盖层的影响小一些。由于钎焊料和基底材料之间的不同的电化学电位，在粘焊的部位内有良好的防止腐蚀的能力。2)铝件接合技术冲铆拼合技术是纯正的机械加工方法，过程里面没有加热。要拼合的构件采用冲铆接合。这种方法不需要预先钻孔。在冲铆过程中冲铆的两个平面都要露出来以便加工。在E60车身上面采用半孔铆接。把冲铆件放入冲压工装内，把铆钉冲进上面板件内，把下面件的铆钉头铆死。为了防止腐蚀，铆钉表明也要专门的覆盖护层。鉴于在有交变和振动负载时，铆钉的受力过大，可以在很高受力的部位加一道点焊的工艺过程。1.冲头 2.固定台 3.冲铆件 4.接合件 5.铆钉A.和固定台一起夹紧 B.打进冲头 C.打穿上件 D.空间封闭 E.拉回冲头图. 38:冲铆过程 鉴于车前面的铝制部件都是使用冲铆拼合的方法彼此连接的，在车前面内部的电导参数要给明，这和焊接的参数不一样，特别是对于快速老化的连接方位更是重要。前车构件的不良的导电性会导致和外部的电磁波，例如从发动机点火装置来的，形成涡流。这个涡流