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第4章汽车车身制造工艺12334.1汽车车身结构4.2汽车车身材料4.3汽车车身覆盖件冲压工艺返回4.4汽车车身装焊工艺344.5汽车车身涂装工艺354.1汽车车身结构4.1.1轿车车身轿车车身可按车身承载方式、外形和车身壳体结构进行分类。1.按车身承载方式分类轿车车身按承载方式分为承载式车身和非承载式车身两类。(1)承载式车身承载式车身又称整体式车身,如图4-2所示。承载式车身的特点:前、后轴之间没有连接车架,车身直接承受从地面和动力系统传来的力,其是承担全部载荷的刚性壳体。这类车身有利于减轻自身质量,使车身结构合理化和轻量化。因此,现代轿车几乎都采用承载式车身。下一页返回4.1汽车车身结构(2)非承载式车身非承载式车身又称为有车架式车身,如图4-3所示。其结构是车身下部有一个足够刚度与强度的独立车架,车身通过弹性元件支撑紧固于车架上,作用于汽车整体和内部的载荷基本上都由车架支撑承受,车身壳体几乎不承载或承载很小。2.按车身外形分类轿车车身的外形,从适用上讲,主要由座椅位置与数量、车门数、顶盖要求、发动机与备胎位置等因素来确定。(1)车身背部结构类型车身背部结构类型分类如图4-4所示。上一页下一页返回4.1汽车车身结构(2)车身厢数结构类型图4-4(a)~图4-4(c)为典型的三厢式轿车车身。典型的三厢式轿车车身为封闭的刚性结构,有四个或四个以上侧窗、两排或两排以上座位和一侧两个或两个以上车门,因其发动机室、乘客室和行李箱分隔成相互独立的三段布置而得名。(3)按用途及车门数分类轿车按用途及车门数可分为二门轿车、四门轿车;二门旅行车、四门旅行车;二门敞篷车;二门客货两用车(又称皮卡)等类型。(1)开式壳体车身开式壳体车身即指车壳不带顶盖的敞篷式轿车,如图4-5(a)所示。上一页下一页返回4.1汽车车身结构(2)闭式壳体车身闭式壳体车身的车壳是一个由板件构成的封闭系统,呈现出一个由板件结构所构成且近于平行的封闭六面体,如图4-5(b)所示。4.1.2客车车身1.按车身用途分类客车按照其用途不同可分为:城市客车车身;长途客车车身;旅游客车车身等结构。由于车身结构用途与要求不同,故其在外观和车室布置上存在一些差别。(1)城市客车车身上一页下一页返回4.1汽车车身结构(1)城市客车车身城市客车是指在城区内运送乘客的客车,其运行状态是站距短,乘客上下车频繁;结构上,车底板离地高度较小,车门较多,尺寸宽大;为了增大过道宽度和站立面积,座位分布多采用单、双排座(1+2)的布置形式;车内高度相对较大;为扩大乘客视野,车顶凸度一般不大;为提高城市客车内面积利用率,目前双层客车也逐渐增多。随着高速公路建设事业的快速发展,我国长途汽车客运已经显露其竞争优势,这对长途客车的设计与制造质量提出了极为严格甚至是异常苛刻的要求。众所周知,汽车长途客运,乘客乘坐时间长,客流量相对稳定,要求清洁卫生,舒适度高。从长途客车结构要求上讲,一般只有一道乘客门,座椅布置密集,车底板下有较大的行李空间,底板离地一般1m以上。上一页下一页返回4.1汽车车身结构(3)旅游客车车身旅游客车为乘客旅游和观光设计,其结构与长途客车无本质差别,但外观、内饰要求更加豪华和讲究。旅游客车更注重旅客的舒适性,如车上附设卫生间等,并需要充分考虑种种配套设施。2.客车按车身承载形式分类客车按车身承载形式可分为:承载式、半承载式和非承载式等三种客车车身。(1)承载式车身结构为减轻自重并使车身结构更加合理,有些客车采用无车架承载式结构。因此,根据客车车身上下承载程度不同,可将承载式结构分为整体承载式和基础承载式两种结构。上一页下一页返回4.1汽车车身结构1.整体承载式车身。如图4-6所示,车身上下部结构形成统一的整体,整个车身均参与承载。当车身承受载荷时,各构件以强济弱,使得整个车身壳体能够达到受力稳定平衡状态。2.基础承载式车身。如图4-7所示,基础承载式车身视车身侧围腰线窗台梁以下到地板的侧壁骨架和底部结构为车身基础。车身基础是客车主要承载件,其顶盖和窗柱均为非承载件。(2)半承载式车身半承载式车身如图4-8所示,车身下部与底架组成一整体。车身骨架的立柱下端与底架纵梁两侧悬伸的横梁刚性相连,车身能承担部分弯、扭载荷,故称半承载式。其目标是减少整车质量。(3)薄壳式车身上一页下一页返回4.1汽车车身结构薄壳式车身又称为应力壳体式车身结构,是飞机机身薄壳结构地移植和运用,如图4-9所示。(4)非承载式车身非承载式车身由底盘车架与车身骨架连接而成,其载荷主要由底盘车架承担,车身几乎不承载。目前国产客车大多采用此结构。图4-10所示为悬伸梁与底横梁、车架连接的底盘车架结构。图4-11所示为车身骨架,上下两层引出局部图示为圈点处的型钢连接方式。该车身骨架直接组装在底盘车架上。车架纵梁两侧的悬伸梁(俗称牛腿)用螺栓与纵梁相连;底横梁支撑在悬伸梁上;车厢侧立柱与底横梁焊接;为弥补悬伸梁与车架纵梁上平面平面度的误差及缓和车身的冲击和震动,在底横梁及悬伸梁之间安装有橡胶缓冲垫。上一页下一页返回4.1汽车车身结构4.1.3货车车身货车车身结构(驾驶室、货厢)相对轿车和客车要简单,可按以下方法分类。1.按驾驶室与发动机相对位置分类货车发动机一般都是前置,其中置和后置形式常用于变形车,而且极为少见。以发动机前置为例,按与驾驶室相对位置货车车身可分为:长头式、短头式和平头式等形式。如图4-12所示。(1)长头式如图4-12(a)所示,它有单独的发动机罩,发动机维修方便,汽车通用性好。其缺点是轴距与汽车总长加大,视野较差。长头式多用于中型货车。上一页下一页返回4.1汽车车身结构(2)短头式将发动机的一部分置于驾驶室之前,一部分伸于驾驶室内,驾驶室内外都有发动机罩,如图4-12(b)所示。其特点是轴距略微缩短,驾驶室内拥挤,发动机维修不太方便。(3)平头式。驾驶室位于发动机之上,发动机罩在驾驶室内,如图4-12(c)所示。其优点是轴距与汽车总长较短,机动性好,视野开阔,承载面积利用系数高。但夏天驾驶室内比较闷热。由于平头式货车车身在结构上不断追求改进,其优点已更为突出,且其在现代轻型、中型、重型货车及专用(特种)汽车上的应用越来越普遍。2.按驾驶室与货厢的连接关系分类货车车身几乎都属于非承载式。驾驶室、货厢与车架都采用弹性连接。按驾驶室与货厢的连接关系货车车身分为分体式和连体式。上一页下一页返回4.1汽车车身结构(1)分体式绝大多数货车车身属于这种形式,即驾驶室、货厢与车架各成一体。驾驶室常以三点支撑在车架上,其中两点多采用弹簧或橡胶垫的浮式连接。这样可以减少驾驶室震动和车架歪扭变形对驾驶室的影响。货厢大多为前栏板固定,侧栏板和后栏板可以翻转而构成栏板式货厢。栏板通常应用带料开卷后沿自动线自动滚压、切断、焊接与涂装而成。对于重型车辆,其货厢装载量大,特别是高边货厢,栏板几乎都用厚钢板加工并焊接而成。(2)连体式驾驶室与货厢连为一体,多数微型和轻型货车车身均属此结构形式,多采用薄壳式结构。上一页下一页返回4.1汽车车身结构4.1.4汽车车身基本构件汽车车身主要包括车身壳体、车门、车窗、车前钣制件、车身内外装饰件和车身附件、座椅以及通风、暖气、冷气、空气调节装置等。货车和专用汽车还包括车厢和其他装备。车身壳体是一切车身部件的安装基础,是一个刚性的空间结构,其通常由纵、横梁和支柱等主要承力元件及连接钣件组成。客车车身具有骨架结构,轿车与货车驾驶室没有明显骨架,但在制造中,需要保证车身壳体具有隔声、绝热、防震、防腐和密封等功能。上一页返回4.2汽车车身材料汽车车身主要依靠冲压与焊接装配成形。钢板特别是薄钢板卷料(见图4-13)的应用较为普遍,是汽车车身的主体材料。其性能特点是:强度高,塑性好,屈强比(材料屈服强度与抗拉强度之比)低,具有良好的冲压成形性能。这类适宜于冲压的钢板与薄钢板卷料一般多为低合金高强度钢,如16Mn、08Al等,其焊接性能好,且为大批量生产,价格较低。对于Q235等普通碳素钢板,一般只适用于冲压形状简单的浅拉深或弯曲件。1.高强度钢板08Al为通过微量合金化的低碳高强度钢板,平均含碳量为0.08%左右。加入少量Al是为了细化晶粒,抑制三次渗碳体的析出,有助于提高抗拉强度和塑性。其抗拉强度是普通低碳钢的2~3倍,深拉深性能极好,可轧制成很薄的钢板,适宜于车身覆盖件冲压,一般呈薄钢板卷料的形式供货,是车身轻量化的重要材料。下一页返回4.2汽车车身材料(1)含磷高强度冷轧钢板的应用含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车蒙皮、车门、顶盖和行李箱外盖板,也用于货车驾驶的冲压件。其特点是强度较高,比普通冷轧钢板高15%~25%,且冲压中其塑性与应变硬化指数下降甚微,同时具有良好的耐蚀性与焊接性能。(2)烘烤硬化冷轧钢板(BH钢)烘烤硬化冷轧钢板经过冲压、拉深变形及烘漆烘烤热处理,屈服强度得以提高。BH钢板既薄又有足够强度,是车身板轻量化的首选材料。(3)双相冷轧钢板(DP钢)上一页下一页返回4.2汽车车身材料双相冷轧钢板组织中同时具有马氏体和铁素体两种晶体,具有连续屈服、屈强比低、加工硬化高及高强度与高塑性的综合优点。DP钢板经烘漆烘烤还可进一步提高强度,适用于形状复杂且要求强度高的车身材料,如车门加强板和金属保险杠等。(4)超低碳高强度超深冲压冷轧钢板(IF钢)超低碳高强度超深冲压冷轧钢板主要用来冲压乘用车车身内、外覆盖件,要求具有高强度与良好成形性和贴模性。其合金成分与晶体结构特点是:(5)镀锌钢板镀锌钢板的特点在于通过钢板表面镀锌,既美观又具有良好的耐腐蚀能力。从20世纪70年代到现在,轿车车身材料广泛采用镀锌薄钢板,主要用于车身内、外板。上一页下一页返回4.2汽车车身材料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);上海帕萨特车身的外覆盖件采用电镀锌工艺,内覆盖件内部采用热镀锌工艺。这样可让车身防腐蚀保质期长达11年。(6)轻量化迭层钢板迭层钢板是在两层薄钢板之间压入一层塑料的复合材料。表层钢板为厚0.2~0.3mm;塑料层的厚度占总厚度的25%~65%;与单层等厚钢板相比,迭层钢板只有单层等厚钢板质量的57%,而且隔热防震性能良好。这种复合钢板主要用于发动机罩、行李箱盖和车身底板等部件。2.铝、镁合金与钛合金在前面第1章、第3章有关汽车发动机零件毛坯与车轮制造中,都结合产品使用要求介绍了铝、合金等材料的应用。现在就汽车车身制造中有关铝、镁、钛合金等轻型合金材料的应用进行对比分析。上一页下一页返回4.2汽车车身材料3.非金属材料汽车车身所用非金属材料主要是工程塑料和玻璃纤维增强树脂基或碳纤维增强树脂基的复合材料。这里的其他新材料指的是泡沫合金板、蜂窝夹芯复合板和以金属为基体的复合材料。泡沫合金板由粉末合金烧结制成。其特点是密度小,仅为0.4~0.7g/cm3,弹性好,当受力压缩变形后,可凭其自身弹性恢复至原来形状。泡沫合金的种类主要有泡沫铝合金、泡沫锌合金、泡沫锡合金和泡沫钢板材等。由于泡沫合金板的特殊性能,特别是出众的低密度、良好的隔热吸震性能,深受汽车制造商的青睐。目前,用泡沫铝合金制成的零部件有发动机罩、行李箱盖等。上一页返回4.3汽车车身覆盖件冲压工艺4.3.1车身覆盖件的结构与质量要求1.车身覆盖件的结构特点车身覆盖件形状及尺寸有以下特点:(1)材料薄,相对厚度小板料厚度一般为0.3~1.0mm,相对厚度t/L(板厚与坯料最大长度之比)最小值可达0.0003。(2)轮廓尺寸大如驾驶室顶盖的坯料尺寸可达2800mm~2500mm。(3)形状复杂大多数为三维空间曲面,且形状和轮廓不规则,难以建立比较简单的数学模型或几何方程来描述。下一页返回4.3汽车车身覆盖件冲压工艺(4)轮廓内部常带有局部孔洞、弯曲等不规则形状(见图4-14)车身覆盖件一般带有窗口、局部凸起或凹陷等形状。这些形状特征会对整个冲