汽车车身制造工艺学课件：车身材料

汽车车身制造工艺学车身材料1.1冲压加工对原料的要求影响深拉伸钢板冲压性能的因素很多,钢板的表面质量、厚度变化、化学成分、力学性能、工艺性能和金相组织都直接或间接地影响其冲压性能。覆盖件的冲压加工对原材料提出了下列要求:(1)深拉伸钢板含碳量应介于0.06%~0.09%之间;凡与铁能形成固溶体的元素,均应保持在最低允许含量内;另外,硫的含量亦应力求减少到最小限度(S≤0.05%)。

(2)晶粒大小及其均匀度对材料的塑性和冲压件的质量有很大影响。均匀而细小的晶粒组织既有较好的塑性便于拉伸变形,而且冲压件的表面质量亦光滑美观。具有良好的拉伸性能的钢板,其晶粒度级别应为6~7级,并要求晶粒度大小均匀。(3)钢板中珠光体的形状对冲压性能也有较大的影响。球状比珠光体有利于拉伸。深拉伸钢板组织中游离渗碳体应限制在1~2级内。

(4)力学性能是衡量钢板冲压性能好坏的重要指标,δs与δb的比值(屈强比)愈小,意味着应力不大时就开始塑性变形,而且变形阶段长,能持久而不破裂。延伸率δ愈大,则塑性愈好。用于覆盖件的深拉伸钢板要求(5)深拉伸钢板,尤其是沸腾钢为了消除滑带,除了要从钢板冶炼中设法解决外,还可在拉伸前将钢板用0.5%~3%的压下量冷轧一下。

(6)覆盖件对钢板的表面质量和厚度偏差亦要求很高。表面质量要求达到特别高级精整平面Ⅰ级或高级精整平面Ⅱ级;厚度偏差要求达到高级精整级或较高A级精度B级。材料的焊接特别是接触电阻焊,评价车身覆盖件原材料电阻焊的可焊性,可从以下几方面研究。(1)焊点的拉剪强度。

(2)焊点的拉伸强度。

(3)塑性比和破断模式。

(4)焊点融化区硬度。

(5)焊点的疲劳强度。

(6)可焊性区间。1.2焊接工艺对原材料的要求低碳钢的焊接特点为:

(1)低碳钢含碳量及含其他合金元素均较少,因而低碳钢的焊接性较好。一般不需采取特殊的工艺措施即可得到优质的焊接接头。低碳钢几乎适应各种焊接方法。

(2)低碳钢的焊接可保证接头与母材等强度。

(3)低碳钢焊接不需要预热。中碳钢的焊接特点为:

(1)热影响区容易产生低塑淬硬组织,钢中含碳量越高,板厚越大;淬硬倾向也越大,并且淬硬区易产生冷裂纹。

(2)焊接接头的塑性及抗疲劳强度较低,易产生裂纹。

(3)由于含碳量较高,对气孔的敏感性增加。

总之,中碳钢的可焊性比低碳钢差,而高碳钢则不宜焊接。目前车身常用材料仍为钢材,覆盖件常用冷轧薄钢板,它们主要有08Al、08F、08、10、15和20钢等,它们都可进行深拉伸,其化学成分见表2-1。1.3车身覆盖件常用材料影响钢板冲压、焊接性能的主要因素有:化学成分、金相组织、力学性能和表面质量等。由于汽车工业对增强可靠性、减轻汽车整备质量和节约燃料的要求日趋提高,而车身质量(轿车)约占整车的50%,所以减小车身的质量已成为减轻整备质量的关键问题。其主要手段是使车身材料轻量化。目前作为轻量化的材料主要有低合金高强度钢板、铝、塑料、复合材料等。高强度钢板只要在加工普通钢板的现行设备上,做少量改动就能够进行生产,与其他轻材料相比,还有成本低的优点,所以在汽车上应用较广泛。1.4车身上使用的新材料1.低合金高强度钢按照强度等级和强化方式,大致可将低合金高强度钢分为三类:

(1)固溶强化并时效强化的重磷钢和重氮钢。

(2)碳-氮化物析出强化的低合金高强度钢。

(3)双向组织(铁素体和马氏体)的低合金超高强度钢。

塑料塑料作为车身内、外装饰件的主要材料已经很普及,目前正向着车身覆盖件、强度构件、机能构件等方面发展。

金属+树脂+金属的多层复合材料,可望在轻量化、隔热性、防振隔声性能方面得到理想的效果。薄钢板和聚乙烯的符合材料在同一厚度情况下,比钢板轻10%,把复合材料增加10%就具有同钢板相同的弯曲刚性和拉伸刚性。3.铝铝作为轻质材料能使质量减少50%~60%,另外还有良好的耐腐蚀性能,因此在车身外板上得到了广泛应用。

但是,由于铝在成型性、焊接性、热膨胀和表面处理等方面的缺点,以及冶炼成本高(冶炼时的能耗较高,比钢高5倍,比塑料高2倍)而受到限制。因此,铝板在车身上的用量不像塑料那样明显的增长。然而,铝铸件发展得很快,目前在发动机、悬架、轮辋等部件上已经实用化。4.玻璃材料几乎所有的国家都采用了双夹层玻璃制造前、后风窗玻璃,有些国家还做出了必须采用的规定。

最初的夹层玻璃用3mm厚的单片,目前减薄到0~3mm,质量可减轻20%~30%。

现在最新的一种夹层玻璃是所谓四层夹层玻璃,即在内表面附加上一层厚的聚氨基甲酸酯膜,以提高安全性。为了适应车身造型的圆型化、球面化的需要,有用树脂材料代替无机玻璃的动向。用丙烯酸酯玻璃代替目前的硅酸盐玻璃制造侧窗和后风窗玻璃,其特点是透明度好、质量轻、韧性好和耐老化。目前对车身内饰的评价有三个指标,即商品能力、高性能和安全性。

商品能力的评价项目有:皮革软化、外观、质量可靠性、噪声振动和价格合理性等。

高性能的评价项目有:质量可靠性、轻量化、噪声及振动等。

安全性主要是要求其符合法规制度。1内饰件表皮材料1.座椅表皮按面积而论,座椅表皮占车身内饰件材料的大部分。其花纹颜色、图案式样、手感及抗皱性、加工性、抗磨性都很重要。图2-3所示为座椅材料、性能、加工方法、评价方法等。目前,座椅面料仍以织物、PVC人造革为多。天然真皮革少量采用,并有被织物替代的趋势。

随着汽车发展的需要,织物面料面临着高机能化的挑战,因而采用了对人造面料进行防静电及疏水处理技术等。表2-3介绍的纤维防静电的两种方法是:采用吸湿性亲水化合物对织物进行覆盖处理以及在面料中织进导电材料的新技术。为了将摩擦电压控制在2kV以下,可将坐椅、地毯、门内板聚酯(涤纶)纤维织物化。

仪表板表皮仪表板是内饰的门面,除了对其外观、柔顺性有要求外,对防止光反射、耐冲击、耐挤压、耐热、耐光等性能也有具体规定。

仪表板的发展趋向是与其他部件一体化,因而PVC空心模压法越来越受到重视。同时粉状物搪塑型均一薄壁化工艺,可进一步使表皮软化。

最近几年,已开发出软质仪表板,并设想朝织物方向发展。3.车门内板表皮车门内板一般以硬质纤维板为基材,再层压或复合上聚氨酯内衬和PVC薄膜等。为了更有效地利用车内空间,使仪表板等有一种整体感,采用门内板与车门扶手一体化的造型。成型门内板多采用PVC片材深拉加工成型。最近又出现了对表皮材料进行模塑成型,而且主要以仿皮革、缝合针迹图案格调等进行阴模压印处理。随着内饰材料的高档化,车门内板内衬表皮材料正向着用塑料片材与混纺织物的方向发展,并大有全面采用的倾向。加工方法有真空和手工粘贴两种。

对轿车硬质门内衬,开始采用静电植绒软化法,而门立柱内衬则采用尼龙短纤维织物装饰。

目前大多数门内板以民用纤维为基材,贴以PVC膜后再经过压制整形粘边处理。模压和模塑内板,织物、植绒面料门内板也有应用。4.地毯汽车地毯多以PVC发泡体、橡胶基片材、尼龙割绒以及聚丙烯、聚酯纤维经针刺或簇绒织物制成。由于计算机的应用,织物的各种图案和颜色都相继出现。对织物基料喷射染料,提高其耐久性的新技术也正在应用。

地毯与仪表板一样,要求挺括和防声,绝对不允许有松弛、折皱产生,所以基布大都采用聚乙烯。5.顶篷及行李舱架顶篷面料,需要综合考虑成型自由度、柔软度、价格等因素。聚酯纤维无纺布将逐渐替代传统的PVC或TPE片材。顶篷基材贴合无纺布后,进行热压成型,有时还在压前对无纺布印刷带色图案,使之更加风格化和高档化。

目前顶篷面料仍然继续沿用PVC与PU泡沫复合片材,织物型复合材料仅应用在个别车型上。

后行李舱架多数采用无纺布与热塑性树脂基材压制成型工艺。预计今后顶篷也可能借鉴成型方法。2内饰用基础材料为了确保车内有效空间,设计自由度大及改善零部件装饰条件的需要,内饰件必然向立体化成型方向发展。

顶篷基材有瓦棱纸、树脂毛毡等,因它们的基质轻、刚性好、价格低及加工装配性好,所以在日本仍一直占主流;美国采用玻璃纤维毡、改性聚苯乙烯等基材;欧洲以树脂毛毡为多,同时采用成型聚氨酯型芯,再与适量短切玻璃纤维层压表面而成有弹性及塑性的整体硬性材料。3内饰树脂材料仪表板材料必须具备耐热、耐