《汽车车身制造技术》ppt课件—02汽车车身材料.pptx

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1、车身材料的分类2.1 车身材料的分类车身材料既要满足车身的设计、生产、制造、装配等方面的要求，同时还要满足使用、维护等方面的要求。车身材料金属材料非金属材料复合材料1金属材料汽车车身金属材料示意图车身使用的钢板根据制造方法分为冷成型钢和热成型钢两类。冷成型钢主用在车身、机械零件等，热成型钢主用于车身上的车架，骨架和梁等。汽车车身上使用铝板、铝合金等之类的轻金属材料越来越多。2非金属材料随着非金属材料的迅猛发展和汽车轻量化的要求，非金属材料已越来越多地应用在汽车上。车身用非金属材料包括塑料、橡胶、玻璃、树脂等。尼桑蓝鸟塑料保险杠汽车玻璃3复合材料复合材料在汽车上使用的越来越多，车身外板零件如挡泥

2、板、发动机罩、车顶盖、行李箱盖等，车室内零件如变速杆、发动机壳、侧门框装饰、风窗窗框等。复合材料在汽车中的应用2.2 车身钢板材料的分类n按照品质分类按照钢的品质来分类，常用的冲压用钢板有优质碳素钢、具有较高冲压性能，汽车专用的低合金刚强度钢板以及普通的碳素钢。表 优质碳素结构钢板的牌号类 型牌 号沸腾钢05F、08F、10F、15F、20F镇静钢08、10、15、20、30半镇静钢08bn按照表面质量分类按照钢板的表面质量分类代号，如表所示。表 钢板的表面质量分类代号表面质量I高级精整表面II较高级精整表面III普通级精整表面n按照拉深级别分类按照冷轧钢板的拉深级别分类代号，见表所示。表 冷

3、轧钢板的拉深级别代号厚度/mm2普通拉深级P深拉深级S最深拉深级Zn按尺寸精度分类钢板的尺寸精度或厚度工程公差为：A高度精度B较高度精度C一般精度深冲压用冷轧钢板分A、B两级。优质钢板分A、B、C三级。普通钢板分B、C两级。板料常见的规格有710mm1420mm，1000mm2000mm；另外还有专门定制规格的待料。钢板标注示例如下：金属塑性变形的机理2.3 金属塑性变形的基本理论金属材料的性能是由这些金属的化学成分和内部的结构所决定的，想要了解金属的性能，就必须首先了解金属内部的组织结构。2.3.1 金属塑性变形的机理1晶体结构的概念固态物质内部粒子有规则的排列聚合被称为晶体，用于描述原子在

4、晶体中排列方式的空间格架称为晶格，晶体中原子排列的规律性可以从晶体中提取能够完全代表晶格结构特征的最基本的几何单元，称为晶胞。晶体结构（a）晶体（b）晶格（c）晶胞2单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的主要方式为滑移，单晶体受到切向力时，从未变形状态（a）开始倾斜变形（b），消除切向力可恢复原状；如果继续增大切向力，就会发生滑移，即弹塑性变形（c）；消除切向力，弹性变形可恢复，但晶胞之间发生滑移是不能恢复到初始位置，发生了塑性变形（d）。单晶体滑移变形示意图（a）未变形（b）弹性变形（c）弹塑性变形（d）塑性变形3多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形的基本方式也是滑移和孪生。多晶体在变形的过程中增加了

5、若干复杂的因素，具有区别于单晶体变形的一些特点：（1）多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和位向不同的晶粒的影响；（2）任何一个晶体的塑性变形都不是出于独立的自由变形状态，需要周围的晶粒同时发生相适应的变形来配合，以保持晶粒之间的结合与整个物体的连续性。随着晶内滑移，滑移的阻力增大。晶体排列位向不适于产生滑移的晶粒将发生滑动和转动，使自己的排列位向适用于产生滑移，而逐渐开始滑移。逐批进行的晶内滑移与晶粒的转动构成了多晶体的塑性变形。多晶体的塑性变形4塑性变形后金属的组织与性能u纤维组织随着金属外形的压扁或拉长，内部的晶粒也会被压扁或拉长，当变形量很大时，各晶粒将会被拉长成为细条状或纤维状，晶界也变得

6、模糊不清；金属的性能也将会具有明显的方向性，纵向上的塑性、韧性提高，而横向上的降低，出现各向异性。纤维组织的稳定性非常高，不能用热处理的方法加以消除，只有经过塑性变形，才能改变其分布和方向金属塑性变形后纤维组织（a）变形前；（b）变形后2.3.2 金属塑性变形的受力状态1点的应力状态单元体上的应力状态沿着六面体的三个空间坐标系可分解为九个应力分量，包括六个剪应力与三个正应力，如图所示。互相垂直平面上的剪应力相等，yzzy，zxxz，xyyx。2点的主应力由于坐标系所取的方位不一样，这六个应力与分量的大小也不相同。对任何一种应力状态，总存在某一方位的坐标系，使得单元体各表面上只有正应力，没有无剪

7、应力。一般按照代数值的大小依次为1、2、3，123。123时，最大的剪应力为max（13）/2，最大剪应力和材料塑性变形关系很大。一般情况下单元体的三个主方向都有主应力存在，称为三向应力状态。若三个主应力中有一个为零，只在一个平面内有应力，称为平面应力状态。若三个主应力中有两个为零，只在一个方向有应力，称为单向应力状态。3点的主应变点的主应变状态应力产生应变，存在应变主轴使单元体各表面上剪应变为零，沿着应变主轴方向上的正应变称之为主应变。主应变有三个，分别为1、2和3，按照代数值排列123。2.3.3 塑性变形时应力和应变的关系1应力与应变金属材料在变形的作用力下，可以产生弹性的变形，又可以从

8、弹性变形发展到塑性变形。静载拉伸实验是最基本的金属力学性能试验方法，图（a）（b）分别为应力-应变曲线图和退火低碳钢的载荷-伸长曲线图。退火低碳钢拉伸曲线示意图（a）应力-应变曲线；（b）载荷-伸长曲线在上图中，在e 点一下，卸载后试样立即完全恢复原形状。特别是在p 点以下，应力与应变之间和载荷与伸长量之间都是成正比，为线弹性变形，表现为主应力 和正应变 成正比：这个公式就是胡克定律，公式中比例系数E 为正弹性模量。从e点到K点在任意一点卸载，试样都会保留一部分的残余变形，为塑性变形阶段。2真实应力和真实应变概念u真实应力应力指的是单位面积上的内力，单向拉伸试验过程中，试件横截面上的拉应力有两

9、种计算方法。第一种就是不考虑横截面积的变化，公式如下：通过此公式得到的结果叫做条件应力，只有当变形不大的时候才能用这个公式近似计算。第二种就是考虑横截面积的变化，在拉伸的过程中，试件的横截面会明显的缩小，如果仍然按照F0计算的话就会出现明显误差，就必须要按照每瞬间的实际横截面积F来计算应力，公式如下：通过这个公式计算得到的结果就叫做真实应力。习惯上常常将用真实应力表示的每一瞬间的实际屈服应力直接成为该瞬间的真实应力，它反映了材料的塑性变形抗力。=u真实应变塑性变形的拉深过程那个，某个瞬间的真实应变为：d=式中：dl瞬时长度改变量；l试样的瞬时长度2.3.4 塑性变形的基本定律金属塑性变形后的体

10、积与塑性变形前的体积相同，这就是塑性变形体积不变定律。1塑性变形体积不变定律塑性变形时，变形体内任一质点或微小区域的流动总是沿着阻力最小的方向进行。这规律称之为最小阻力定律。2最小阻力定律塑性指固体材料在外力作用下，产生永久变形而不被破坏的能力。塑性变形时，抵抗塑性变形的力称为变形抗力。3塑性和变形抗力车身材料的选择与发展趋势2.5 车身材料的选择与发展趋势人们对汽车车身要求开始提高，车身的轻量化、车主需求的多样化、材料工艺的复杂化、配件性能的高标准化、低碳减排节能化以及材料的供求问题，都致使汽车车身材料发展的形势变得越来越复杂。2.5.1 车身材料选择的原则和步骤车身材料的选择一般要考虑：材

11、料成本成形难易制造成本生产效率焊装难易回收环保1车身材料选择的原则承载件要满足强度、刚度、韧性的要求；外覆盖件要满足美观、耐腐蚀、抗冲击、隔声、隔热、密封性好的要求；寒冷或高热地区使用的车辆，具备低导热性、低热膨胀系数、抗高温老化和低温脆断等；非承载、形状复杂的零件要满足成形性要求；冲击吸能区零件，则要有很好的吸能特性。从节能与环保角度，所有材料最好都其有较低的密度，以减轻车身质量。2车身材料选择的步骤车身材料原则的步骤如下所示：（1）根据设计要求建立材料优化模型。描述“功能”、“约束”、“目标”和“自由变量”。（2）用“约束”条件进行筛查，去掉不合适的材料。（3）用“目标”对经过筛查的材料进

12、行排序，找到最优。（4）寻求支撑信息，对排序在前的候选材料的详细牌号进行研究。（5）选出最终材料。2.5.2 汽车材料的发展趋势近年来，汽车轻量化是汽车产业发展的重要方向之一，有效的减轻汽车自身的重量是实现汽车节能减排最直接有效的办法。可节省6%8%的汽油尾气排放量减少4%10%，减重10%可使电池充电续航里程增加5.5%如汽车自身减重10%：轻量化新材料的减重作用如表所示。表 轻量化新材料的减重作用1铝合金铝合金替换传统钢板，可实现自身减重40%50%，铝合金比钢具有更大的应变，在相同的碰撞过程中，可以吸收更大的能量。同时近90%的汽车用铝可循环利用，铝合金优异的成形性、防腐性能、高导热和高

13、导电性使其成为汽车轻量化中最具使用前景的金属。奥迪A8全铝车身2镁合金镁是比铝更轻的金属材料，密封只有铝的2/3，铁的2/9，钢的1/4。美国的一些车型，镁合金的用量为5.8kg26.3kg每辆，欧洲仅次于北美，镁合金的用量可达9.3kg20.3kg每辆。镁合金方向盘骨架u镁合金的特点密度较小，较高的比强度、比弹性模量和刚性；有较高的稳定性，铸件和加工件尺寸精度高；具有良好的阻尼系数，良好的减振降噪性能；电磁屏蔽性好，与塑料相比，可回收性能好；切削加工性能好；铸造成型性能好。镁合金铸件最小壁厚0.6mm，铝合金为1.2mm1.5mm。3塑料塑料质最轻，耐腐蚀，成型工艺简单，低廉的价格更具有显著

14、的优势，当前在汽车工业大量使用塑料以代替各种昂贵的有色金属和合金钢材料，提高了汽车造型的美观与设计的灵活性，降低了零部件加工、装配与维修的费用，降低汽车质量，减少汽车消耗。汽车塑料车灯灯罩u塑料的发展80年代，每辆轿车用的塑料为50kg60kg，90年代初，每辆轿车塑料的平均用量为100kg130kg，2000年，这一比例已经增至20%左右。预计未来汽车塑料用量将以年均10%左右的速度增长。4发展趋势各种材料相互替代，竞争将日趋激烈；钢铁材料仍是主要材料，但用量会减少；随着刚强度钢、不锈钢用量的增加，普通钢板用量将逐渐减少；非铁金属材料、非金属材料用量将迅速增加；铝、镁合金用量增加，而铜、锌材料减少；塑料及非金属基复合材料持续增长。感 谢 聆 听