车身轻量化材料——高强度钢板热成形技术
.汽车用高强度钢板
长期以来，钢铁一直是汽车工业的基础，虽然汽车制造中铝和塑料的用量不断增加，但钢铁材料仍是汽车的主要材料。21世纪的汽车行业，降低燃料消耗、减少CO2和废气排放已成为社会的需求，作为材料生产厂的钢铁业为了适应这种发展趋势，已开发出许多种类的高强度钢板来帮助减轻汽车重量，适应汽车工业的新要求。近年来，超轻超薄高强度钢板的品质和性能大大提高，相信到2020年，高强度钢板在汽车上的使用率将超过70%。
1.1 高强度钢板等级划分
对于高强度钢的定义，一直并无定论，被钢铁界普遍认同的是ULSAB-AVC(Ultra Light Steel Auto Body-Advanced Vehicle Concept)联合会进行的划。。将屈服强度为210—550MPa 的钢定义为高强度钢(HSS，High Strength Steel)，也就是传统的高强度钢，典型的如碳锰(CMn)钢、烘烤硬化钢(BH)等。屈服强度为550MPa以上的钢定义为超高强度钢(UHSS，Ultra High Strength Steel )，典型的如孪晶诱导塑性钢(TWIP钢)、热成形钢(HF)等。而先进高强度钢(AHSS，Advanced High Strength Steel)的屈服强度覆盖于HSS和UHSS之间的强度范围，在500-1500MPa之间，典型的如双相钢(DP钢)、相变诱发塑性钢(TRIP钢)、马氏体钢(MART钢)。图1为各类汽车用钢板的屈服强度与延伸率的关系，随着强度的提高，延伸率下降。在ULSAB-AVC项目中，为了同常规的高强度钢板区别开来，把DP钢、TRIP钢和B钢等以相变强化为主的钢板统称为先进高强度钢板，这类钢板具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能，在汽车轻量化和提高安全性方面起着非常重要的作用，已经广泛应用于汽车工业。
图1 各类汽车用钢板的屈服强度
与延伸率关系图
1.2 汽车用热成形高强度钢板
先进高强度钢板是车身轻量化的主要发展方向，为了兼顾轻量化与碰撞安全性以及高强度下冲压件回弹与模具磨损等问题，热成形高强度钢及其成形工艺和应用技术应运而生。目前凡是达到U-NCAP碰撞4星或5星级水平的乘用车型，其安全件(A/B/C柱、保险杠、防撞梁等)大都采用了抗拉强度1500MPa、屈服强度1200MPa的热成形钢。同时，在先进高强度钢板的冷成形中，为了解决成形裂纹和形状冻结性不良等问题，热冲压材料的开发和应用引人注目，已用其进行了强度高达1470MPa级汽车部件的制造。
目前，世界上热成形用钢几乎都选用硼钢种，因为微量的硼(B)可以有效地提高钢的淬透性，可以使得零件在模具中以适宜的冷却速度，获得所需的马氏体组织，从而保证零件的高强度水平。硼的作用在20世纪50年代早期就被人们所认识，硼只有固溶在钢中才能起到强化作用。由于硼与氧和氮有强烈的化学亲和力，因此在钢中添加硼时都需要添加一些强氧化物和氮化物形成元素，如铝、锆和钛等。固溶的硼偏析在奥氏体晶粒边界，延迟了铁素体和贝氏体的形核进而增加了钢的强度。含硼超高强度钢板的强度可以高达1500Mpa，为普通钢板强度的3～4倍，将其应用于汽车零部件不仅可以直接减少料厚、降低车身重量，还可以提高汽车的安全性，以及相关联的降低油耗、节约能源、减少汽车排放等。并且硼钢属于含硼高强度钢板，废物可以充分回收利用，有利于降低环境污染。常用的钢种包括：Mn-B 系(上海宝钢开发)热成形用钢、Mn-Mo-B系(北美、欧洲等多用此系列)、Mn-Cr-B系(高淬透性热成形钢)、Mn-Cr系(部分马氏体热成形钢)、Mn-W-Ti-B系(如韩国POSCO 公司开发的高烘烤硬化细晶粒热成形钢)。
2 高强度钢板热成形加工工艺
2.1 热成形加工工艺基本原理
2.1.1热成形理论基础
热成形工艺与传统的成形工艺相比，其特点是在板料上存在着一个不断变化的温度场。那么热成形用钢板的成分就有一些特殊的要求，其成分设计也要适应热成形过程中的热循环。在这个温度场的影响下，板料的基体组织和力学性能发生了变化，从而板料的应力场也发生了变化。在成形过程中，板料的应力场变化又反作用于温度场，如图2。热成形工艺，正是这样一个板料内部温度场与应力场同时共存，相互作用，耦合的变化过程，对板料在成形过程中的流动、变形等造成影响。表1简单地描述了这些相互作用。
图2 应力场、温度场和金属微观组织的相互作用
表1 应力场、温度场和金属微观组织的相互作用的描述
2.1.2 实际热成形加工工艺
实际热成形工艺原理如图5。首先把常温下强度为500~600 MPa的高强度硼合金钢板加热到880~950℃，使之均匀奥氏体化，然后送入内部带有冷却系统的模具内冲压成形，之后保压快速冷却淬火，使奥氏体转变成马氏体，成形件因而得到强化硬化，强度大幅度提高。比如经过模具内的冷却淬火，冲压件强度可以达到1500 MPa，强度提高了250%以上，因此
该项技术又被称为“冲压硬化”技术。实际生产中，热冲压工艺又分为两种，即直接工艺和间接工艺。图3(a)所示的是直接工艺，下料后，直接把钢板加热然后冲压成形，主要用于形状比较简单变形程度不大的工件。对于一些形状复杂的或者拉深深度较大的工件，则需要采用间接工艺，先把下好料的钢板预变形，然后再加热实施热冲压，如图3(b)。
(a) 直接工艺 (b) 间接工艺
图3工艺说明图
2.2热成形加工关键技术
对高强度钢板的热成形技术，我们需要重点关注的是用钢选择、热成形用钢的表面镀层、模具设计和热成形零件的检测问题。
2.2.1 热成形用钢选择
热成形用钢的选择是保证热成形零件性能的重要一环。高强度钢板的热成形性主要分包括以下形式：深冲成形性、胀形成形性以及延伸凸缘成形性等。一般认为：深冲成形性取决于钢板塑性应变化的Lankford值；胀形成形性取决于钢板的延性；而延伸凸缘成形性取决于钢板的局部变形能和显微组织均匀性。B在支配延伸凸缘成形性和弯曲成形性的显微组织均匀化方面起到了重要作用，故一直采用F+B和B单一组织；而且为了实现高强度化目标，
也采用了低碳M。马氏体钢中的22MnB5钢的原理与此相符，是典型的热冲压材料钢(具体成分见表2)，它利用钛和硼微合金化的方法，通过热成形后急冷获得高的成形度和极高的强度(图4)。目前，热成形MnB钢板在欧美和日本主要汽车制造企业已经开始使用，如新型Golf V6车有5个零部件用MnB钢制成，最新的第六代PASSAT车型有9个这样的部件。图5是宝钢开发的热冲压成形用含硼钢的CCT(连续冷却相变)曲线，经过950℃左右单相奥氏体区的加热保温后，当冷却速度大于15℃/s后，钢板的组织转变为全马氏体组织，其硬度为HV450～500，强度达到1300—1500MPa。
图4 热成形过程中22MnB5钢的性能变化示意图图5 热冲压用钢板典型CCT曲线
2.2.2 热成形用钢的表面镀层
用于热成形的硼钢，将之加热到奥氏体形变点以上，金属模冲压成形与淬火几乎同时进行。但是对热成形用钢的研究表明，由于延伸性和韧性的不足，较之其高强度的性能，热成形用钢不能获得充分的冲击吸收能(即韧性值不高)。因此，如何调整其成分以改善这些特性是今后的重要课题。在热成形过程中，钢板在高温下暴露于空气中，不可避免地会引起表面的氧化，形成氧化铁皮，为了不影响后续的涂装工序，热成形后的零件需要经过喷丸或酸洗去掉钢板表面的氧化铁皮，这无形中又增加了生产成本。与此同时，钢板在氧化的同时也会引起钢板表面的脱碳，进而影响钢板的强度。此外，随着汽车零件耐腐蚀性能要求越来越高，表面进行镀层处理的钢板越来越受到人们的重视，一系列热成形用镀层钢板被相继开发出来，同常规的冷成形用镀层钢板不同，热冲压用钢板的镀层需要具备抗高温和耐腐蚀的特点。目前开发的用于热成形的镀层板包括：镀Al板、镀Al-Si合金板和镀Zn板等。韩国POSCO钢铁公司正在开发纳米镀层板，以提高镀层的结合力，防止镀层在加热和成形淬火过程中剥落。
2.2.3 热成形模具设计
由于热成形过程中钢板及模具都在900℃以上到室温这一复杂的温度中变化，并且模具集板料成形与淬火过程于一身，所以模具设计是热成形技术的另一个难点问题。其主要技术流程包括模具表面设计、模具冷却系统设计和模具结构设计等。可用计算机和LS-DYNA软件进行成形模拟和冷却过程模拟，利用材料的高温性能如流变曲线、摩擦系数、FLD等参量进行成形模拟，并进行热传递模拟，这一过程实际是热力学、机械学耦合模拟。其模拟结果将作为模具设计方案确定的重要依据，并据此进行原型试生产和批量生产。同时，我们还可利用计算机模拟，进行碰撞分析和静载压溃分析。
(1)模具材料的选择。
热成形的模具材料相比常规成形提出了更高的要求。不仅要求模具有良好的热强度、热硬度，高的耐磨性和疲劳性能，而且要能保证成形件的尺寸精度。同时要能够抵抗高温板料对模具产生的强力热摩擦以及脱落的氧化层碎片及颗粒在高温下对模具表面的磨粒磨损效应，并且能够稳定的工作在剧烈的冷热交替条件下。根据模具的加热温度，选用合理的模具材料，一般需要参考热锻用热作模具钢，选用合理的模具材料。蒂森的热冲压模具，采用具有很高热传导系数的模具材料(Glidcop—一种Al2O3/Cu复合材料)。
(2)模具凸、凹模设计。
由于热胀冷缩的影响，零件最终的尺寸和冲压成形时的尺寸存在一定的误差，因此为保证零件的尺寸精度，必须在考虑热胀冷缩效应的基础上合理确定模具凸、凹模的尺寸。
(3)冷却机构的设计。
对于热成形零件冷却机构的选择既要保证零件的冷却速度足够大，如某硼钢的临界冷却速度为30℃/s，使奥氏体尽可能多地转化成马氏体，保证零件的强度。而且还要避免零件和模具因冷却速度过大而引起开裂。通常采用在模具内通冷却水的方式对模具并通过模具对成形后的零件进行冷却。
(4)目前板材热成形工艺应用中尚存在的难点热成形工艺作为一种新型的、特殊的工艺也有其自身的缺点。
a)零件成形后冷却速度和保压时间难控制。
b)由于热加工成形的零件在冷却至室温的过程中，不同部位冷却速度不同会导致零件发生严重的变形，从而影响成形零件的尺寸精度。
c)由于热成形零件后续加工难度大，因而只能是应用于一道工序即可成形的简单零件，如梁、柱等类型的零件。同时，热成形工序并入现有冲压车间难度大。
d)与普通冲压模具相比，由于受模具材料的强度选择、模具热处理工艺、高应力集中、模具表面温度频繁升高和降低、以及由于模具凸、凹模表面的高温软化加剧了磨损等因素的影响，热成形模具容易失效，导致模具使用寿命降低。
2.2.4 热成形零件的检测
热成形零件具有的压溃性能(碰撞后的低的侵入)决定了其很适合用于安全件。热成形零件的加工通常需要经过激光切割、冲裁孔、点焊、冷成形、装配以及油漆等工序，因此对热成形零件需要检测的内容很多。首先是要对热成形零件进行力学性能检测、形状检测、厚度分布检测和引入的内应力检测，还要根据不同零件的不同要求，采用不同的方法进行实物性能检测。对于一个合格的热成形零件，应当满足高强度、轻量化和安全性的要求，同时还应具备好的强度与韧性结合性、尺寸稳定性、可加工性(几何尺寸稳定性)、可焊性以及疲劳抗力等。
3 热成形钢技术应用发展
国内首家热冲压零部件有限公司于05年在宝钢成立。并且用于热冲压成形的高强度钢—硼钢，也是由上海宝钢独家供货。宝钢生产的硼钢牌号为：1.85mm以上热轧，
BR1500HS；1.85mm以下冷轧，B1500HS。与欧洲热冲压高强度钢22MnB5对应。屈服强度1000MPa、抗拉强度1400MPa、延伸率5%。相对于热冲压零部件有限公司的批量生产，宝钢股份研究院技术中心拥有独立的试制生产线。从2005年开始，已完成车身165个件的试制，其中12个样件一次试制成功。表3为宝钢热冲压机组相关参数。
表3 宝钢热冲压机组相关参数
近几年来，热成形制造的零件的应用越来越广泛。中国上海大众在PASSATB6等多款车型中，热成形的部分占据了整个车身质量的15%，一般用在A/B/C柱及加强板还有中央通道、保险杠支架等地方。将典型的热成形用钢22MnB5在冲压前加热到950℃附近，然后在一个水冷模具中加压成形，再通过模具淬火最终零件的强度可以将大众汽车提到的
1500MPa。但是在强度提高的同时，硼钢的冲击韧性受到越来越多的关注。由于微观组织全是由非常硬的马氏体构成，韧性就降低了，这一点非常关键。因为在碰撞试验中，这些零件通常都是放在用来承受很高的冲击载荷的地方。但是，现在还没有可靠的材料可以用来进行韧性与脆性之间的转换。在蒂森公司最近对淬火－回火的厚坯的研究中提到，铌微合金化的应用可以提高热成形钢的韧性。在这种情况下，用来防止硼和溶解的铌相结合，钛应该由铌和铝的化合物取代。这样做的结果是造成裂纹起始点的TiN粒子可以避免或被细小的碳、氮铌化物沉淀取代，从而降低热轧时晶粒尺寸，同样也可以在冲压前加热到950℃的过程中限制晶粒的长大。通常，晶粒细化对韧性是有利的。
由高强度板热成形制造的车身零部件如图6所示。与传统成形零件相比，热成形零件具有以下优点：
1)高强度：屈服强度可达到1200MPa，抗拉强度可达到1600MPa-2000MPa。
2)高硬度：高达6t的静压不损坏。
3)轻量化：板厚比传统钢板减薄达35%。
4)消除回弹影响，提高制造精度。
图7 高强度钢板热成形零部件
(前后保险杠、A柱、B柱、C柱、车顶构架、车底通道框架、仪表台支架以及车门内板、车门防撞杆等)
4 结束语
综上可知，高强度钢以其轻质、高强度的特点仍是汽车用钢材的首选，并已成为满足汽车减重和增加碰撞性能和安全性能的重要途径。但是，常规高强度钢在室温下不仅变形能力
很差，而且塑性变形范围很窄，所需冲压力大、容易开裂。同时，成形后零件的回弹增加，导致零件尺寸和形状稳定性变差。因此传统的成形方法难以解决高强度钢板在汽车车身制造中遇到的问题。热冲压成形技术便是解决上述问题的一种新型成形技术。近年来，世界各国汽车业投入大量的精力来开展以硼钢为主的先进高强度钢板开发及热成形技术的研究，并取得了长足的发展。这项技术在我国还属于起步阶段，因此对超高强度硼钢热成形技术的研究对我国的汽车工业的发展具有重要意义。
《汽车车身结构与设计》 1、车身主要包括哪些部分？答：一般说，车身包括白车身及其附件。白车身通常是指已 经装焊好但未喷涂油漆的白皮车身，主要是车身结构件和覆盖件的焊接总成，并包括前后板制件与车门。但不包括车身附属设备及装饰等 2、车身有哪些承载形式？答：非承载式、半承载式、承载式 3、非承载式（有车架式）车身：货车、采用货车底盘改装的大客车、专用汽车以及大部 分高级轿车都采用非承载式车身，装有单独的车架，车身通过多个橡胶垫安装在车架上，橡胶垫则起到减振作用。非承载车身的优点：①除了轮胎与悬架系统对整车的缓冲吸振作用外，挠性橡胶垫还可以起到辅助缓冲、适当吸收车架的扭转变形和降低噪声的作用，既延长了车身的使用寿命，又提高了舒适性。②底盘和车身可以分开装配，然后总装在一起，这样既可简化装配工艺，又便于组织专业化协作。③由于车架作为整车的基础，这样便于汽车上各总成和部件安装，同时也易于更改车型和改装成其他用途车辆，货车和专用车以及非专业厂生产的大客车之所以保留有车架，其主要原因也基于此。④发生碰撞事故时，车架对车身起到一定的保护作用。非承载车身的缺点： ①由于计算设计时不考虑车身承载，故必须保证车架有足够的强度和刚度，从而导致 自重增加。②由于车身和底盘之间装有车架，使整车高度增加。③车架是汽车上最大而且质量最大的零件，所以必须具备有大型的压床以及焊接、工夹具和检验等一系列较复杂昂贵的制造设备。 4、什么是承载式车身（无车架式）？答：没有车架，车身直接安装在底盘上，主要是 为了减轻汽车的自重以及使车身结构合理化。承载式车身结构的缺点在于由于没有车架，传动的噪音和振动直接传给车身，降低了乘坐的舒适性，因此必须大量采用防振、隔音材料，成本和重量都会有所增加；改型比较困难。 5、汽车生产的“三化”是指什么？答：汽车生产的“三化”是指汽车产品系列化、零部件通用 化、以及零件设计标准化。 6、什么是工程设计？答：汽车工程设计一般需要 3 年以上，而从生产准备到大量投产时 间更长。其中车身的设计所需的周期最长。车身设计首先是按 1：1 的比例进行内部模型和外部模型的设计及实物制作。其次则是车身试验，包括强度试验、风洞试验、振动噪音试验和撞车试验等。 7、轿车底盘有哪三种布置形式？答：轿车底盘有三种布置形式：a：发动机前置，后轮驱 动；b：发动机前置，前轮驱动；c：发动机后置，后轮驱动。 8、什么是汽车驾驶员眼椭圆？答：汽车驾驶员眼椭圆是驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅 上时其眼睛位置在车身中的统计分布图形。 9、什么是 H 点答： H点是人体身躯与大腿的交接点。
汽车轻量化解决方案—全铝车身结构设计 摘要：解决汽车节能环保的问题，有提高传统燃油发动机的能效、发展新能汽车、应用轻量化技术三个方向。比较以上三种技术路线，在当今发动机技术提升难度日益加大、动力电池效率不高的背景下，不论对传统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车轻量化技术都是一项共性的基础技术。大力发展并推进汽车轻量化技术，成为节能、减排的主导之一。而实现汽车轻量化技术又有三个技术途径：一种“轻量化材料”要通过一种“轻量化工艺”来实现一种“轻量化结构”。 关键词：汽车轻量化全铝车身型材截面优化 Stiffness Mass Efficient 由于世界能源的随时枯竭与环境的日益恶化，世界各行各业都积极行动起来，根据政府的优惠政策与民众的强烈要求，在节能、环保方面进行了高投入研发其高效节能、积极环保的产品。汽车产业首当其冲，其汽车零部件的制造，迁联到能源、钢材、铝材、合金、塑料、橡胶、玻璃、化工、机械、电器、信息等各行各业，对汽车节能环保的要求，就是对其它相关行业的要求。对汽车进行轻量化结构的研究，要联系相关行业的专业知识，进行综合性的研究。 一、汽车轻量化的目的 就汽车产业而言，根据汽车产品的特点，降低油耗或提高燃油效率、减少或清洁排放对环境的污染，是节能环保研发的主要目的。从全球汽车产业来看，解决汽车节能环保问题主要采用以下三种方式：
一是大力发展先进发动机技术，通过对传统发动机的改良和一系列汽车电子技术的应用，来提高燃烧效率，改善燃油经济性。 二是大力发展新能源汽车，通过研发先进新型发动机技术和推广使用气体燃料、生物质燃料、煤基燃料、高效电池等动力替代传统能源来减少汽车燃油消耗和对石油资源的依赖。 三是大力发展汽车轻量化技术，在保障汽车安全性和其他基本性能的前提下，通过减轻汽车自身重量降低能耗来实现节能减排的目的。 比较以上三种技术路线，在当今发动机技术提升难度日益加大、动力电池效率不高的背景下，不论对传统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车轻量化技术都是一项共性的基础技术。大力发展并推进汽车轻量化技术，成为节能、减排的主导之一。 汽车的轻量化，英文名：Lightweight of Automobile，涵义是“在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。” 世界节能与环境协会的研究报告指出：汽车自重每减少10％， 燃油消耗可降低6％—8％，排放降低5%—6%。而燃油消耗每减少1升，CO2排放量减少2.45kg。燃油消耗量减少不仅有利于节约能源，也可有效减少污染物排放。当前，由于节能和环保的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。 伴随着技术进步，制造汽车车身的材料已经不仅仅是钢铁了，越来越多的新材料被应用到车身的制作中。其中包括：玻璃钢、铝合金、
《汽车车身结构与设计》习题与解答 第一章车身概论 1、汽车的三大总成是什么？ 答：底盘、发动机、车身。 2、简述车身在汽车中的重要性。 答：整车生产能力的发展取决与车身的生产能力，汽车的更新换代在很大程度上也决定与车身，我们所看到的汽车概念大多指车身概念，汽车的改型或改装主要依赖于车身。 3、车身有什么特点？ 答：a：汽车车身是运载乘客或货物的活动建筑物，由于其在运动中载人、载物的特殊性，所以汽车车身的设计与制造需要综合运用空气动力、空气调节、结构设计、造型艺术、机械制造、仪器仪表、复合材料、电子电器、防音隔振、装饰装潢、人体工程等不同领域的知识。 b：自1885年德国人卡尔·弗里德里希·本茨研制出世界上第一辆马车式三轮汽车，并成立了世界上第一家汽车制造公司——奔驰汽车公司以来，汽车车身的造型随着时代的推移和科技的进步经历了19世纪末20世纪初的马车车厢形车身；20世纪20、30年代的薄板冲压焊接箱形车身；第二次世界大战后50、60年代冷冲压技术生产的体现流线型、挺拔大方的车身。而到了20世纪70、80年代现代汽车的各种车身造型已初具雏形，新材料、新工艺的使用更使得汽车车身的设计制造得到了飞速发展。 4、简介车身材料。 答：现代汽车车身使用的材料品种很多，除金属（主要是高强度钢板）和轻合金（主要是铝合金）以外，还大量使用各种非金属材料如：塑料、橡胶、玻璃、木材、油漆、纺织品、皮革、复合材料等。随着汽车车身制造技术的发展，为了轻量化以及提高安全性、舒适性，非金属材料、复合材料在汽车车身的加工制造中得到日益广泛的应用。 5、车身主要包括哪些部分？ 答：一般说，车身包括白车身及其附件。白车身通常是指已经装焊好但未喷涂油漆的白皮车身，主要是车身结构件和覆盖件的焊接总成，并包括前后板制件与车门。车身结构件和覆盖件焊（铆）接在一起即成为车身总成，该总成必须保证车身的强度与刚度，它可划分为地板、顶盖、前围板、后围板、侧围板、门立柱和仪表板总成。车身前板制件一般是指车头部分的零部件，包括水箱框架和前脸、前翼子板、挡泥板、发动机罩以及各种加强板、固定件。6、车身有哪些承载形式？ 答：车身按照承载形式的不同，可以分为非承载式、半承载式、承载式三大类。
浅谈汽车轻量化 摘要：通过对汽车轻量化的意义的分析，以及汽车轻量化技术的现状特点，引出了轻量化的发展方向。 关键词：汽车；轻量化；发展 一、汽车轻量化的意义 现阶段，降低能耗、减少环境污染以及节约有限资源是各国面临的一个十分重要而紧迫的课题，而通过减轻汽车自重能提高汽车的燃油经济性、降低能耗、减少污染已成为全球汽车工业的发展趋势。 有关研究数据表明：若汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高 6%-8%；若滚动阻力减少10%，燃油效率可提高3%；若车桥、变速器等机构的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%。此外，车辆每减重100kg，CO2排放量可减少约5g/km。 由此可见，汽车轻量化对于节能减排具有重大的意义，是实现我国汽车工业可持续发展的重要措施。同时，轻量化还可以使车辆行驶时因底盘重量的减轻而减轻颠簸，提高了车身的稳定性；轻量化的材料能对冲撞能量的吸收，又可以有效提高碰撞安全性。 因此，无论是对于传统动力汽车，还是新能源汽车，轻量化一直是科研、汽车生产制造等重点探索方向。目前，在汽车轻量化领域，正呈现技术、工艺和材料等多方发力局面。 一、汽车轻量化技术的现状： 汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计、轻量化材料的使用和制造工艺三个方面。 ①轻量化材料：实现汽车轻量化必须集成利用多种新材料和相关应用技术。目前，汽车轻量化材料使用的主要是高强度钢，其次是铝镁合金、复合材料及塑料。其中，高强材料主要用于降低钢板厚度，保证汽车结构和安全性能；低密度材料主要用于非结构件替换和减轻汽车质量。 1)采用高强材料：高强钢是轻量化的关键材料，它的大量使用既实现了整车轻量化，又保证了汽车的安全性和可靠性，因此，高强钢使用面广且量大。 2）采用轻量化材料：铝合金是轻质材料，具有良好的抗腐蚀性，应用前景良好。近年来，铝材在汽车上应用量增加很快，主要是板材、挤压材、铸铝及锻铝，在车身结构、空间框架、外覆盖件和车轮等处均有大量应用。 除了镁合金以外，还采用更轻的铝材料，用于壳体类、气缸盖罩盖和方向盘骨架等件，现在已经扩展到座椅骨架、车门、车顶、仪表盘骨架和支架类零件，轻量化效果更明显。 3）复合材料的使用：塑料及纤维复合材料在汽车工业的应用也日趋增加，汽车上应用塑料件已达数百个，多应用于发动机的缸套、活塞、连杆、活塞销、摇臂和气门挺柱，刹车系统的刹车盘和刹车毂。 ②优化设计：随着汽车工业设计水平的不断提高，如果汽车车身结构设计合理，不仅可
单元二汽车常见易损件和常用材料 学习目标 完成本单元学习后，你应能： 1.掌握汽车发动机、底盘、电气设备和车身的易损件。 2.了解车用燃料的种类与质量要求。 3.了解车用汽油、车用轻柴油、发动机润滑油的作用与质量要求。 4.了解车辆齿轮油和润滑脂的作用与质量要求。 5.了解汽车制动液的作用与质量要求。 6.了解发动机冷却液的作用与质量要求。 建议学时：6学时 一、汽车常见易损件 1.发动机易损件 1）汽缸体（图2-1） 汽缸体除汽缸正常磨损可进行镗磨加大尺寸予以修理外，在冬季因缸体未放尽积水被冻裂，运行中因气缸缺少冷切冷却水被过热膨胀裂缝漏水，以及在行车事故中被碰撞损坏和孔径数次镗削扩大至极限。有一定的消耗量，属于正常应备品种，数量应视地区销售情况而定。 图2-1 汽缸体 2）汽缸套 汽缸套常见故障有缸孔自然磨损、外径压配不当漏水（湿式缸套）、缸壁因敲缸损伤，或在突发
情况下如连杆螺栓松脱被连杆击穿等，必备品，耗量较大，应有一定的备量。 3）汽缸盖（图2-2） 除未发现的制造缺陷如隐藏裂纹、排气门座压配松弛等引起的漏水现象外，主要是使用不当和自然疲劳损坏。常备品，应有一定的备量。 图2-2 汽缸盖 4）汽缸盖衬垫（图2-3） 常见故障有缸盖紧固螺栓或螺栓拧紧力失准或松弛，制造上的缺陷，漏水造成热化学腐蚀等，结果封闭汽缸孔边缘部位烧蚀泄漏、水孔边缘部分热腐蚀缺损使封闭失效。一次性使用配件，消耗量很大，通常有作为随车主要维修备用品，应有较多库存备量。
图2-3 汽缸盖衬垫 5）活塞 活塞的常见故障有自然磨损，在发动机过热时会造成部分铝合金属熔蚀发生拉缸或咬死，磨损后配合间隙过大、积碳早燃时会击伤、裂缝等。主要易损件，消耗量大、规格多，是营销必备品种。 6）活塞环（图2-4） 常见故障有因活塞拉缸被折断，自然磨损，弹性衰减等。主要易损件，消耗量大、规格多，是营销必备品种。 图2-4 活塞环 7）活塞销 常见故障有外径自然磨损，在特殊工况下或制造上未检出的隐藏裂缝造成的折断。主要易损件，消耗量大、规格多，是营销必备品种。 8）活塞销衬套 常见故障有自然磨损，因缺油高热烧损及压配合间隙过大引起衬套走外圆等。主要易损件，消耗量大、规格多，是营销必备品种。 9）连杆（图2-5） 受力矩杆体扭曲、大头小头孔座因轴孔磨损或断油造成的过度磨损松旷、螺栓孔螺纹损坏等。虽属易耗件，但相对销量较少，应有一定备品以应需要。
第一章 1. 什么是车身结构件、车身覆盖件 答：车身结构件：支撑覆盖件的全部车身结构零件的总称。 车身覆盖件：覆盖车身内部结构的表面板件。 2. 车身类型一般按什么分类，可分为哪几类？非承载式车身的车架一般可分为哪 几类？答：车身类型一般按承载形式不同，可分为非承载式、半承载式和承载式。 非承载式车身的车架一般可分为：1）框式车架：边梁式车架和周边式车架2）脊梁式车架3）综合式车架 3.边梁式、周边式、脊梁式、X 式车架的用途及特点？轿车车身特点分类有 哪些？轿车车身造型分类有哪些？ 答：边梁式车架： 特点：此式车架结构便于安装车身（包括驾驶室、车箱或其它专用车身乃至特 种装备等）和布置其它总成，有利于满足改装变型和发展多品种的需要。 用途：被广泛采用在货车、大多数专用汽车和直接利用货车底盘改装的大客车 以及早期生产的轿车上。 周边式车架: 特点：最大的特点是前、后狭窄端系通过所谓的“缓冲臂”或“抗扭盒”与中 部纵梁焊接相连，前缓冲臂位于前围板下部倾斜踏板前方，后缓冲臂位于后座下 方。由于它是一种曲柄式结构，容许缓冲臂具有一定程度的弹性变形，它可以吸 收来自不平路面的冲击和降低车内的噪声。此外，由于车架中部的宽度接近于车 身地板的宽度，从而既提高了整车的横向稳定性，又减小了车架纵梁外侧装置件 的悬伸长度。 用途：适应轿车车身地板从边梁式派生出来的。 脊梁式车架： 特点：具有很大的抗扭刚度，结构上容许车轮有较大的跳动空间，便于装用独立悬架。 用途：被采用在某些高越野性汽车上。 X 式车架： 特点：车架的前、后端均近似于边梁式车架，中部为一短脊管，前、后两端便于 分别安装发动机和后驱动桥。中部脊梁的宽度和高度较大，可以提高抗扭刚度。 用途：多采用于轿车上。
浅谈汽车车身结构轻量化 【摘要】本文综述了汽车轻量化技术应用的必要性、汽车轻量化的效果和意义、汽车轻量化的途径和技术，以及与节能环保和安全的关系，强调了车身轻量化设计是实现汽车轻量化的主要途径之一。汽车轻量化是汽车产业的发展方向之一，也是一个汽车厂商和国家技术先进程度的重要标志。 【关键词】汽车车身；车身结构；轻量化 0 引言 随着国民经济的蓬勃发展，汽车已一跃成为当前极为重要的交通运输工具。从全世界范围来看，目前还找不出一个无汽车的现代化社会的先例。因此，汽车工业在带动其他各行各业的发展中，已日益显示出其作为重要支柱产业的作用。 在扩大汽车的服务领域和满足各方面多样化要求的前提下，作为汽车上三大总成之一的车身，已后来居上越来越处于主导地位。据统计，客车、轿车和多数专用汽车车身的质量约占整车自身质量的40%～60%；货车车身质量约占整车自身质量的16%～30%；其各车型的车身占整车制造成本的百分比甚至还略超过以上给出的上限值。因此，仅从这个意义上来衡量汽车车身，其经济效益也远远高于其他两大总成。 如果从节能、节材等几方面来考虑，则其潜力更大。此外，纵观国内、外车身制造和装配等工艺流程，不难发现，尽管随着科学技术的进步，吸取了大量的尖端技术，机械化和自动化程度很高，但是仍有两化无能为力而又必须由手工操作来完成的部分（特别是车身的内、外装饰和附件的装配）。 1 汽车轻量化技术应用的必要性 汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放十分重要。而在驾驶方面，汽车轻量化后其加速性能也将得到提高，而在碰撞时由于惯性小，制动距离也将减少，便于主动安全控制。 纵观世界汽车工业沿革，可以看出，现代汽车是沿着“底盘”→“发动机”→“车身”逐步发展完善过来的。这个发展过程在很大程度上取决于当时的科学技术水平和物质生活条件。由于汽车与人们的日常生活息息相关，为了适应各种不同的目的和用途乃至车身的更新换代等，其关键在于车身。 国内外汽车生产的实践一再表明：整车生产能力的发展取决于车身的生产能力；汽车的更新换代在很大程度上也决定于车身；在基本车型达到饱和的情况下，只有依赖车身改型或改装才能打开销路。凡此等等都足以说明，汽车工业发展到今天成为重要的支柱产业，而重中之重则非车身莫属。 2 汽车轻量化的效果 汽车轻量化的主要目的是降低油耗。如图1所示，车辆行驶的燃油消耗量与车辆质量的关系。一般情况下，对于1000kg自重的轿车，车辆质量减轻8%，可降低油耗约10%以上。 图1 车辆行驶油耗与质量的关系 另外，世界铝业协会的报告指出：整车质量每减少100KG，其百公里油耗可节降低0.4-1.0L，每公里二氧化碳排放也将相应减少7.5克到12.5克。而车身质量占整车质量的1/3，空载情况下，约70%的油耗用在车身质量上。这意味着：只要通过科学的方式，将车身轻量化后，就可以有效减少燃油消耗。 3 车身轻量化的意义
常用涂装材料 涂料的基本知识 涂料可分为两大类；有机涂料和无机涂料。有机涂料，广泛用于金属、木材、塑料等材料表面的保护和装饰；无机涂料主要用于在土建领域。汽车涂装用涂料为有机涂料。 一、涂料的组成与作用 1、涂料的组成 油料（桐油亚麻油等植物油类） 树脂（天然树脂、虫胶等） 涂料由五大类组成颜料（钛白、氧化锌、氧化铁红、黄黑等） 溶剂（稀释剂） 辅助、材料（添料、固化剂流平剂催干剂等）油料树脂是涂料组成中的基础，是主要成膜物质常称为固着剂或粘接剂。 能够把颜料等其它成膜物质粘接起来形成涂料起到保护表面和装饰的作用。涂料中没有这两大部分，就不能形成牢固的涂膜，而涂料的许多特性，主要取决于这两大性能，颜料使涂料有一定的着色能力，呈现一定的颜色，增加涂层厚度和遮盖力，起到调色装饰和标志作用是涂料中的次要成膜物质。 溶剂包括助溶剂、稀释剂两种，溶剂能溶解并稀释涂料中的成膜物质，改善涂层厚度性能。稀释剂的主要作用是用来调整涂料的粘度，以利于形成均匀光滑的涂层。
辅助材料在涂料中的作用是辅助成膜物质改善涂料的性能和成膜后的质量；增塑剂用来提高涂层的韧性（增加涂料与塑料的粘合力）。（中间起了一个两面胶相似的意思）。防潮剂用来防止因施工环境温度太大时引起涂层泛白等问题。 2、涂料的结构组分 按涂料的组成和结构类型不同，可将涂料区分为溶剂型涂料，光固化涂料等。涂料的组成不同就构成了不同的涂料品种，常用的有各种性质的清漆，色漆、腻子等。 ①清漆：涂料组分中没有加入颜料和体质颜料而呈清澈透明的胶质液体涂料。 ②色漆：涂料组分中加有颜料的不透明涂料。 3、涂料的作用 涂料是一种成膜物质，涂料是国民经济中一种不可缺少的重要材料 ①保护作用 涂料作用②装饰作用 ③特殊作用 ①保护作用：物体表面被涂后，涂料可使物面（车身表面金属层）与空气、水分、日光、以及有害气体和微生物等隔离，因而可以保护物面防止腐饰和老化，延长使用寿命。 ②装饰作用：不同的民族和不同地区的人们，对颜色有着不同的喜好，涂料中的颜料，能够赋予物体表面各种不同的色彩，从而使物体与环境的色彩协调。给人以不同的质量感觉。
第六章轿车车身结构及其设计 第一节轿车车身结构及其分类 1.1 轿车定义 GB3730.1-88 轿车是用于载送人员及随身物品，且座位布置在两轴之间的四轮汽车。 轿车车身的作用是能为乘员提供一个较舒适的乘坐环境以及一定的安全保护措施，它包括白车身及其附件，并与底盘、发动机、电子电器设备一起构成轿车的四大总成。由于它是轿车上载人的容器，因此要求轿车车身应具有良好的舒适性和安全性。此外，轿车车身又是包容整车的壳体，能够最直观地反映轿车外观形象的特点，从而决定了现代轿车车身设计非常注重外部造型以符合人们对轿车外形的审美要求，更好的开创轿车市场。 1.2 轿车车身结构 早期轿车沿用马车车身，并没有自身独立的车身，被人们称作“没有马的马车”，随着时代的进步，轿车车身成为了轿车的一个重要组成部分。轿车车身由以下几个部分组成：车身本体、车身外装件、内装件和车身电气附件等。 1.2.1车身本体 1—1 三厢式轿车车身结构图 1、发动机盖 2、前档泥板 3、前围上盖板 4、前围板 5、车顶盖 6、前柱 7、上边梁 8、顶盖侧板 9、后围上盖板10、行李箱盖11、后柱12、后围板13、后翼子板14、中柱15、车门16、下边梁17、底板18、前翼子板19、前纵梁20、前横梁21、前裙板22、散热器框架23、发动机盖前支撑板车身本体即白车身，它包含车身的骨架结构，由车身结构件和车身覆盖件组合而成，是主要承载构件的骨架件，其截面形状、受力方向、力如何传递、力矩的位置都是设计时应注意的问题，如图1-1所示为三厢式轿车车身的结构图。 车身结构件主要是车身结构中的梁和支柱，用来支撑车身覆盖件，并通过焊接而成车
车身轻量化材料的新技术 1 概述 防止地球温室效应的C02(燃耗)排放限制日益规范、石油价格高涨带来的汽油价格上涨，使低燃耗轻量化技术开发已成为当前汽车研发的首要课题。另外，随着石油、矿产材料及贵金属等资源价格上涨，原材料价格也随之迅速上升，因此各汽车制造商也需要通过节约各类原材料的使用量，实现汽车轻量化。为进一步加强车辆轻量化进程，各汽车制造商开始重新修订既定的进展政策。 钢材约占汽车原材料7成比重，尽管在过去几十年内，树脂、铝/镁等轻量化材料的使用比重不断增大，但钢铁的使用量仍占绝对优势。在汽车各类零部件中，车身外板轻量化最见效，因此各制造商一直试图降低车身外板重量，并自2007年以后开始在车身外板上加大铝板和树脂板的使用量。在铝材料使用方面，宝马(BMW)X5/X6、通用(GM)SUV 混合动力车、Lambda平台车(CUV)等以及在美上市的全尺寸等较大型号车型的发动机罩均使用铝材料，其中大部分铝材料是由Novelis(原Alcan)提供。此外，日产采纳Alcoa技术，生产GT-R的铝车门，可能今后Alcoa技术也可能广泛应用到其他公司车型上。
在树脂板方面，宝马、悍马(Hummer)、三菱汽车和标致雪铁龙(PSA)等制造商均使用树脂板做挡泥板。例如，Smart自90年代以来一直以树脂板代替钢板，2007年以后，业界开始聚焦代替后面及侧面板玻璃的聚碳酸酯树脂。不管是作为钢材替代品依旧作为板玻璃替代品，SABIC Innovative Plastics(2007年被沙特阿拉伯SABIC收购后，公司名称由GE Plastics变更为当前名称)产品均被多家汽车制造商广泛应用。钢板替代品树脂Norvyl GTX在第l代Smart上被应用，而板玻璃替代品Lexan GLX则是由GE Plastics与Bayer的合资公司EXATEC开发的表面涂层技术进行生产，并相继被应用在通用汽车车顶及本田欧洲版Civic的后窗上。此外，SABIC Innovative Plastics还与现代汽车和路虎(Land Rover)合作开发概念车，今后新车也可能采纳上述新树脂材料。 一直以来，各类车型均通过使用奥迪ASF(全铝空间框架)及捷豹(Jaguar)铝车身方法实现车身轻量化，但上述方法还未推广到量产车型领域。除铝材料外，奥迪在2007年上市的新款TT上还使用了铝和钢铁混合材料车身，此类车身重量比纯钢铁车身轻48%。 随着汽车制造商车身轻量化步伐的日益推进，越来越多的车型开始采纳铝和树脂等轻量化材料。但此类材料仅限于高燃耗大型SUV和运动车型上使用。局限性要紧是因为随着原材料成本及石油价格上涨，树脂和铝的价格也将随之上升。今后替代材料成本也将增加，降本必
车身轻量化的思路及途径轻量化制造工艺（完） 作者：北京现代汽车有限公司沧州分公司慕温周、杨人杰、罗艳路、张剑、吕顺、朱珍厚（韩） 车身轻量化的思路及途径——轻量化材料的应用（一） 车身轻量化的思路及途径——轻量化结构设计（二） 车身轻量化的思路及途径的第三个重要方法——轻量化制 造工艺 轻量化制造工艺在使用轻量化材料和优化结构设计后，往往需要革新制造工艺来满足材料和结构的变化，如目前已广泛应用的激光拼焊板、热冲压成形和液压成形等工艺。 1. 激光拼焊板激光拼焊板（TWB）可将不同材质、不同厚度、不同强度和不同表面镀层的板坯拼合起来然后整体进行压型。激光拼焊板工艺已在汽车领域应用成熟，用于制造车门内板、加强板、立柱、底板和轮罩等部件，大众第7 代Golf 车身的激光焊缝总长度甚至达到了70 m。激光拼焊板工艺通过减少制件数量、局部钢板减薄及去除点焊凸缘来实现轻量化目的。车门内板边缘因需加装铰链，需要在0.8 mm 的主板基础上应用2 mm 厚的裁剪板来加强，因无需加装额外的增强板故车门整体减重1.4 kg。 2. 热冲压成形工艺高强度钢板由于屈服强度和抗拉强度的提高，冲压成形性能下降，主要表现为成形缺陷多、所需成
形力大以及回弹严重制件尺寸精度难以保证。如当强度超过1 000 MPa 以上时，对于一些几何形状比较复杂的零件，使用常规的冷冲压工艺几乎无法成形，所以高强度钢的热冲压成形工艺应运而生。热冲压成形工艺首先将高强度钢板加热至奥氏体化状态，然后快速转移到模具中进行冲压成形，在保证一定压力的情况下，制件在模具本体中以大于27℃/s 的冷却速度进行淬火处理，保压淬火一段时间，以获得具有均匀马氏体组织的超高强钢零件。 3. 液压成形工艺液压成形工艺一般有预成形、成形以及校准三个过程，可用于板材和管材成形。板材液压成形技术尤其适用于有深冲要求的复杂工件及较少凹槽的大型工件，如车身的结构件和外覆盖件。在车门外板的液压成形过程中，由于预成形使材料产生了期望的预应力，可以使车门等外板件在保持耐冲击性不变的情况下减少壁厚，从而达到轻量化效果。 管材液压成形是指管坯在内外部液体压力作用下贴合内部 的芯棒成形，该工艺可提高管件的内、外表面精度，也可用于两个部件的连接。管材液压成形的主要车身制件有发动机歧管、车顶支架、侧门横梁、散热器支架和传动轴零件等。 4. 铝合金压铸新工艺铝合金的加工方法有铸造、压铸、辊压、挤压和冲压等。随着铝合金在车身上的应用日益广泛，工程师们开发了一系列铝合金压铸新工艺，如冲压压铸法、针孔
汽车车身钢板的规格及选用 汽车车身外壳绝大部分是金属材料，主要用钢板。现代汽车的钢板用什么方式防锈？为什么有些轿车声称车身防锈蚀年限达10年以上？ 镀锌薄钢板广泛应用在汽车上，这是因为它有良好的抗腐蚀能力。早年人们在试验中发现，将铁和锌放人盐水中，二者无任何导线联结时，铁和锌都会生锈，铁生红锈，锌生“白锈”；若在二者间用导线联结起来，则铁不会生锈而锌生“白锈”，这样锌就保护了铁，这种现象叫牺牲阳极保护。工程师正是将这种现象运用到实际生产中，生产了镀锌钢板。经研究，在镀锌量350克／平方米（单面）时，镀锌钢板在屋外的寿命（生红锈），田园地带约为15一18年，工业地带大约3一5年，这比普通钢板长几倍甚至十几倍。 从20世纪70年代开始轿车车身钢板采用镀锌薄钢板，装配时镀锌面置于汽车内侧，提高车身耐蚀性能，非镀锌面置于汽车外侧，喷涂油漆。随着汽车对耐腐蚀性能的要求不断提高，镀锌钢板不断增加镀锌层重量，还出现了双层镀锌钢板。但由于增加镀锌重量也会使电镀锌的电能消耗大幅增加，导致材料成本的上升，因此20世纪70年代末又出现一种采用热浸镀锌工艺生产的镀锌钢板，称为热镀锌钢板。这种镀锌钢板用连续热镀锌工艺：冷轧板（注*）→加热→冷却至镀锌温度→镀锌→冷却→矫直。为了满足汽车对镀锌钢板的各种要求，一些生产厂家在镀锌生产线上对镀锌钢板进行扩散退火等特殊处理，以使钢板表面形成一种“锌－铁”合金镀层，其特点是涂漆后的焊接性和耐腐蚀性比纯锌镀层板要好。以后还出现了诸如“锌－铝－硅”、“锌－铝－铼”等合金化热镀锌钢板，使得热镀锌钢板的耐腐蚀性成倍提高，与油漆间的结合性能长期稳定。 目前轿车已经广泛使用镀锌钢板，采用的镀锌钢板厚度从0.5至3.0毫米，其中车身复盖件多用0.6至0.8毫米的镀锌钢板。德国奥迪轿车的车身部件绝大部分采用镀锌钢板（部分用铝合金板），美国别克轿车采用的钢板80%以上是双面热镀锌钢板，上海帕萨特车身的外复盖件采用电镀锌工艺，内复盖件内部采用热镀锌工艺，可以使车身防锈蚀保质期长达11年。 材料是影响汽车质量的重要因素。在现代汽车中，车身材料占全车材料的很大部分。为了提高汽车行驶的经济性，减轻汽车重量是世界各大车厂的目标，近年来汽车上越来越多使用了铝或塑料等非钢铁材料做车身部件，例如奥迪A2全铝制车身，日产SUV“奇骏”用塑料做前翼子板，更多的乘用车保险杠用塑料制成。在日益广泛使用非钢铁材料做车身部件的形势下，高度依赖汽车制造业的钢铁企业将面临直接的威胁。因此，研制和发展轻质、高强度的汽车钢板成为多年来钢铁企业的一个热点。 目前汽车生产中，使用得最多的是普通低碳钢板。低碳钢板具有很好的塑性加工性能，强度和刚度也能满足汽车车身的要求，同时能满足车身拼焊的要求，因此在汽车车身上应用很广。为了满足汽车制造业追求轻量化的要求，钢铁企业推出高强度汽车钢材系列钢板。这种高强度钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方法得到的，抗拉强度得到大幅增强。利用高强度特性，可以在厚度减薄的情况下依然保持汽车车身的机械性能要求，从而减轻了汽车重量。例如BH钢板是在低强度的条件下，经过冲压成形之后，进行烤漆加工热处理，以提高其抗拉强度。对比之下，以往生产的强度在440MPa的钢板，在采用这种加工技术以后强度可增加到500MPa。原来用厚度1毫米钢板做侧面板，用高强度钢板只需厚度0.8毫米。采用高强度钢板还可以有效地提高汽车车身的抗冲击性能，防止在行驶中由于路面的砂石飞溅碰撞产生凹痕，延长了汽车的使用寿命。
一、名词解释 1、车身：供驾驶员操作，以及容纳乘客和货物的场所。 2、白车身：已装焊好但尚未喷漆的白皮车身。 3、概念设计：指从产品构思到确定产品设计指标（性能指标），总布置定型和造型的确定，并下达产品设计任务书为止这一阶段的设计工作。 4、H点：H点装置上躯干与大腿的铰接点。 5、硬点：对于整车性能、造型和车内布置具有重要意义的关键点。 6、硬点尺寸：连接硬点之间、控制车身外部轮廓和内部空间，以满足使用要求的空间尺寸。 7、眼椭圆：不同身材的乘员以正常姿势坐在车内时，其眼睛位置的统计分布图形；左右各一，分别代表左右眼的分布图形。 8、驾驶员手伸及界面：指驾驶员以正常姿势入座、身系安全带、右脚踩在加速踏板上、一手握住转向盘时另一手所能伸及的最大空间廓面。 9、迎角：汽车前、后形心的连线与水平线的夹角。 10、主动安全性：汽车所具有的减少交通事故发生概率的能力。 11、被动安全性：汽车所具有的在交通事故发生时保护乘员免受伤害的能力。 12、静态密封：车身结构的各连接部分，设计要求对其间的间隙进行密封，而且在使用过程中这种密封关系是固定不动的。 13、动态密封：对车身上的门、窗、孔盖等活动部位之间的配合间隙进行密封，称为动态密封。 14、百分位：将抽取的样本实测尺寸值由小到大排列于数轴上，再将这一尺寸段均分成100份，则将第n份点上的数值作为该百分位数。 二、简答 1、简述车身结构的发展过程。 没有车身——马车上安装挡风玻璃——木头框架+篷布——（封闭式的）框架（木头或钢）+木板——（封闭式的）框架（木头或钢）+薄钢板——全钢车身——安全车身。 2、车身外形在马车之后，经过了那几种形状的演变？各有何特点？ ①厢型：马车外形的发展②甲虫型：体现空气动力学原理的流线型车身③船型：以人为本，考虑驾乘舒适性④鱼型：集流线型和船型优点于一身⑤楔型：快速、稳定、舒适。 3、车身设计的要求有哪些？ 舒适、安全、美观、空气动力性。 ①结构强度足够承受所有静力和动力载荷；②布置舒适，有良好的操纵性和乘座方便性；③具有良好的车外噪声隔声能力；④外形和布置保证驾驶员和乘员有良好的视野；⑤材料轻质，减小质量； ⑥外形具有低的空气阻力；⑦结构和装置措施必须保护乘员安全；⑧材料来源丰富、成本低，易于制造和装配；⑨抗冷、热和腐蚀抵能力强；⑩材料具有再使用的效果；⑩制造成本低。 4、车身设计的原则有哪些？ ①车身外形设计的美学原则和最佳空气动力特性原则。②车身内饰设计的人机工程学原则。③车身结构设计的轻量化原则。④车身设计的“通用化，系列化，标准化”原则。⑤车身设计符合有关的法规和标准。⑥车身开发设计的继承性原则。 5、什么是白车身？它的主要组成有哪些？ 已装焊好但尚未喷漆的白皮车身。 组成：车身覆盖件+车身结构件+部件。①车身覆盖件：覆盖车身内部结构的表面板件。②车身结构件：支撑覆盖件的全部车身结构零件。③部件：前翼子板、车门、发动机罩和行李箱盖。 6、简述车身承载类型的特点及适用车型。 （1）、非承载式（有车架式）：车架作为载体 1>特点：①装有单独的车架；②车身通过多个橡胶垫安装在车架上；③载荷主要由车架来承担。 ④车身在一定程度上仍承受车架引起的载荷。2>适用车型①货车（微型货车除外）②在货车底盘基础上改装成的大客车③专用汽车④大部分高级轿车。 （2）、承载式：去掉车架，由车身直接承载。 1>特点：①保留部分车架、车身承受部分载荷。②前后加装副车架。2>适用车型：基础承载式、整体承载式大客车。
浅析轻量化材料车身关键制造技术及其应用 发表时间：2019-09-04T16:15:43.947Z 来源：《工程管理前沿》2019年第13期作者：李学刚刘冲 [导读] 结合汽车轻量化材料在车身关键制造方面的技术和应用。希望能够为相关单位提供参考借鉴。 扬子江汽车集团有限公司湖北省武汉市 430040 【摘要】：随着我国能源化发展以及工业化建设，汽车也正在向轻量化技术方面转型。复合材料有着独特的耐久性和实用性，因此在车身关键技术以及应用方面有着较大的发展应用价值。本文结合汽车轻量化材料在车身关键制造方面的技术和应用。希望能够为相关单位提供参考借鉴。 【关键词】：汽车轻量化；设计分析；技术应用 相关资料表明，汽车燃料量和自身质量成正比关系，汽车质量每减少10%就可以降低10%左右的能源消耗。值得注意的是，采用轻量化材料能够对车身关键进不得进行优化，减少汽车排放量，可以从汽车轻量化设计方面进行研究。笔者结合汽车轻量化技术，在汽车使用性能以及结构优化等多方面因素分析，希望能够为创新设计提高质量奠定基础。 1.分析汽车轻量化结构技术 作为一种多标准技术性的材料特性，汽车轻量化的设计需要注重车身尺寸优化和形状优化，在创新车身质量的同时，汽车轻量化技术能够结合材料参数和横截面尺度等方面。加强零件优化，提高整个汽车部件的安全性和有效性。一般而言最实用的方法是对汽车外形以及零件的轻量化设计。其次，其能够在空间结构方面优化整个力学分布荷载分布。在轻量化设计的理念下，经过多次迭代，材料的性能不能趋于稳定，将拓扑优化技术运用到汽车零部件以及结构等方面的设计中。能够为车身减少自重，提高车内结构性能，减少汽车生产周期，提高其质量。一般而言，在车身结构的拓扑结构都是采用的无骨架结构和空间设计。这也迎合了轻量化设计的特点。通过减少自重能够改变轻量化的空间。加强材料的应用和轻量化加工设计分析，最终提高整个车辆的设计质量（如图1所述）。 2.轻量化材料在车身关键性结构的应用 轻量化材料主要分为两类，第一个是高强度钢，它主要作为车身承重结构的板提料。延伸的部件类型主要有三类，第一个室外覆盖构建。第二个是车自身的构建，第三种是悬挂件如副车架等。 2.1高强度钢特点 国际上针对超轻钢汽车的研究较广，其将屈服强度在300到750MPa的范围，刚称为强度钢板。若屈服强度在750MPa以上的钢板，被称为超高强度钢板。作为车身的关键性部件，汽车的钢板需要有高强性，可塑性和耐久性多方面特性。加强汽车轻量化水平和质量，可以采用高强度钢板代替普通汽车钢板制造车身构件。并减少车辆自重45%左右的同时。更值得关注的是其高强度耐久性的质量。 2.2铝合金 铝合金被广泛应用于工业制造中，因为其密度仅有钢的1/3，且导热性、耐久性抗、腐蚀性强，通过在铝中加入一些混合金属制造成了铝合金，能够综合地提高整体的构件强度，耐久性抗疲劳性等综合特征。同时铝合金还能够回收利用，注重了节能环保的理念。将铝合金应用于轻量化概念的汽车车身构件制造中，有重要的意义。其主要在发动机以及底盘行驶和控制系统的部件有所应用，一些形变的铝合金更用于车身系统部件和与热交换器的制造着。由于铝合金制造成本较高，因此仅出现在高档汽车中。随着这项技术的不断研究，铝合金在汽车运用的方面也在不断拓展在特殊的气球托架和和在汽车车轮中也有所改善和应用。 2.3工程塑料 塑料成型十分容易，经过处理可以让一些器材变得更加简单化。塑料制品的弹性性能强，能够吸收大量的能量碰撞减少冲击，有着较强的缓冲作用，还有降噪和校正的能力。此外，对比传统的金属制品，塑料复合材料耐久性强，抗蚀能力远远大于钢板。在汽车的零部件
（汽车行业）汽车车身新材料的应用及发展方向
汽车车身新材料的应用及发展趋势 现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外，仍应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代，轿车的整车质量中，钢铁占80％，铝占3％，树脂为4％。自1978年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料，不仅替代了普通塑料，而且品种繁多，在汽车上的应用范围广泛。本文着重介绍国内外在新型材料应用方面的情况及发展趋势。 高强度钢板 从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。当下的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车X公司和宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢板等，车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15％～25％；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之壹；冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，如经烤漆后其强度可进壹步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等；超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C≤0.005％）中加入适量的钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性和高强度的结合，特别适用于壹些形状复杂而强度要求高的冲压零件。 轻量化迭层钢板 迭层钢板是在俩层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.2～0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％～65％。和具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57％。隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。铝合金 和汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。德国大众X公司的新型奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了135kg，比传统钢材料车身减轻了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从50个减至29个，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%，仍比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都能够回收再生利用，深受环保人士的欢迎。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用铝板和钢板复合成型，再在表面涂覆防具有良好的耐腐蚀性。 镁合金 镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的
第一章：车身概论 1．车身包括：白车身和附件。 白车身通常系指已经焊装好但尚未喷漆的白皮车身，此处主要用来表示车身结构和覆盖件的焊接总成，此外尚包括前、后板制件与车门，但不包括车身附属设备及装饰等。 2．按承载形式之不同，可将车身分为非承载、半承载式和承载式三大类。 非承载车身的优点：①除了轮胎与悬架系统对整车的缓冲吸振作用外，挠性橡胶垫还可以起到辅助缓冲、适当吸收车架的扭转变形和降低噪声的作用，既延长了车身的使用寿命，又提高了舒适性。②底盘和车身可以分开装配，然后总装在一起，这样既可简化装配工艺，又便于组织专业化协作。③由于车架作为整车的基础，这样便于汽车上各总成和部件安装，同时也易于更改车型和改装成其他用途车辆，货车和专用车以及非专业厂生产的大客车之所以保留有车架，其主要原
因也基于此。④发生碰撞事故时，车架对车身起到一定的保护作用。非承载车身的缺点：①由于计算设计时不考虑车身承载，故必须保证车架有足够的强度和刚度，从而导致自重增加。②由于车身和底盘之间装有车架，使整车高度增加。③车架是汽车上最大而且质量最大的零件，所以必须具备有大型的压床以及焊接、工夹具和检验等一系列较复杂昂贵的制造设备。 3．承载式车身分为基础承载式和整体承载式。 基础承载式特点：①该结构由截面尺寸相近的冷钢杆件所组成，易于建立较符合的有限元计算模型，从而可以提高计算精度。②容许设法改变杆件的数量和位置，有利于调整杆件中的应力，从而达到等强度的目的。③作为基础承载的格栅底架具有较大的抗扭刚性，可以保证安装在其上的各总成的相对位置关系及其正常工作。④提高材料利用率，简化构件的成型过程，节省部分冲压设备，同时也便于大客车的改型和系列化，为多品种创造了条件。 4．“三化”指的是产品系列化、零部件通用化以及零件设计标准化。第二章：车身设计方法
（汽车行业）汽车车身涂装的常用的材料
常用涂装材料 涂料的基本知识 涂料可分为俩大类；有机涂料和无机涂料。有机涂料，广泛用于金属、木材、塑料等材料表面的保护和装饰；无机涂料主要用于在土建领域。汽车涂装用涂料为有机涂料。 壹、涂料的组成和作用 1、涂料的组成 油料（桐油亚麻油等植物油类） 树脂（天然树脂、虫胶等） 涂料由五大类组成颜料（钛白、氧化锌、氧化铁红、黄黑等） 溶剂（稀释剂） 辅助、材料（添料、固化剂流平剂催干剂等） 油料树脂是涂料组成中的基础，是主要成膜物质常称为固着剂或粘接剂。 能够把颜料等其它成膜物质粘接起来形成涂料起到保护表面和装饰的作用。涂料中没有这俩大部分，就不能形成牢固的涂膜，而涂料的许多特性，主要取决于这俩大性能，颜料使涂料有壹定的着色能力，呈现壹定的颜色，增加涂层厚度和遮盖力，起到调色装饰和标志作用是涂料中的次要成膜物质。 溶剂包括助溶剂、稀释剂俩种，溶剂能溶解且稀释涂料中的成膜物质，改善涂层厚度性能。稀释剂的主要作用是用来调整涂料的粘度，以利于形成均匀光滑的涂层。 辅助材料在涂料中的作用是辅助成膜物质改善涂料的性能和成膜后的质量；增塑剂用来提高涂层的韧性（增加涂料和塑料的粘合力）。（中间起了壹个俩面胶相似的意思）。防潮剂用来防止因施工环境温度太大时引起涂层泛白等问题。 2、涂料的结构组分 按涂料的组成和结构类型不同，可将涂料区分为溶剂型涂料，光固化涂料等。涂料的组成不同就构成了不同的涂料品种，常用的有各种性质的清漆，色漆、腻子等。 ①清漆：涂料组分中没有加入颜料和体质颜料而呈清澈透明的胶质液体涂料。 ②色漆：涂料组分中加有颜料的不透明涂料。 3、涂料的作用 涂料是壹种成膜物质，涂料是国民经济中壹种不可缺少的重要材料 ①保护作用 涂料作用②装饰作用 ③特殊作用 ①保护作用：物体表面被涂后，涂料可使物面（车身表面金属层）和空气、水分、日光、以及有害气体和微生物等隔离，因而能够保护物面防止腐饰和老化，延长使用寿命。 ②装饰作用：不同的民族和不同地区的人们，对颜色有着不同的喜好，涂料中的颜料，能够赋予物体表面各种不同的色彩，从而使物体和环境的色彩协调。给人以不同的质量感觉。 ③特殊作用：各种不同颜色的涂料，给人们心里带来不同的感觉，能够用这些色代表不同的示意。如不同颜色的图案被用来示出各种交通标志。（举例说壹下红、绿灯方面的知识）。提醒驾驶员遵守有关交通规则。 涂料的分类 1、涂料分类 国外的涂料产品都是根据各国的具体情况进行分类的，没有统壹的国际标准，所以不同的国家使用不同品种的涂料，应首先理解其涂料产品的类别，否则会导致图装质量事故。（举例各种涂料的使用方法和性质问题） 2、涂料命名