汽車車身知識介紹

1、汽車車身知識介紹 參與的小組成員有： 白戰(zhàn)兵、 李軍超、 羅奎、 張中開、 徐濤、 魯磊、 董松鋒、 童治武、萬鋒、王川、張孟孟、黃傳奇、秦基偉。組長：白戰(zhàn)兵、李軍超汽車車身及材料的發(fā)展史汽車從誕生之日起一直處于加工、制造業(yè)中比較前沿的領(lǐng)域，很多新技術(shù)、新材料首先應(yīng)用于汽車工業(yè)。很多汽車愛好者對各種新型發(fā)動機(jī)技術(shù)、電子控制技術(shù)和懸掛技術(shù)如數(shù)家珍，但對車身技術(shù)了解相對較少。車身是汽車構(gòu)成中的最重要部件，作為承載汽車上的所有組件的結(jié)構(gòu)件而存在，做個簡單的比方，車身就如同人的骨骼，而發(fā)動機(jī)、變速箱、轉(zhuǎn)向機(jī)、車橋、懸掛如同臟器、肌腱一般附著在骨骼上。如今的人們對汽車的安全性要求甚高，而這與車身材料息息

2、相關(guān)，但目前很多人都對車身材料不了解，甚至存在誤區(qū)，這里我將與各位簡單探討一下當(dāng)今車身材料的現(xiàn)狀與發(fā)展。最早的車身設(shè)計源自于廂式馬車 汽車誕生之初，車身結(jié)構(gòu)是在馬車的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，主要分為底盤和車廂兩部分，也就是今天所說的非承載式車身。這種車身結(jié)構(gòu)簡單，承載能力好，如今依然廣泛應(yīng)用于載重汽車。但是非承載式車身的扭轉(zhuǎn)剛度差、自重大、重心高等缺點(diǎn)限制了其在轎車領(lǐng)域的應(yīng)用。 因此工程師們開發(fā)出了承載式車身，將底盤與車廂一體化，由此車身成為了一個有機(jī)的整體。這一重要技術(shù)誕生改變了如今車身技術(shù)的格局，也推進(jìn)車身材料的快速進(jìn)步。鋼制車身 鋼一直是制造車身的主要材料，從鐵器時代開始，人類應(yīng)用鐵這種黑色金

3、屬已經(jīng)有近3000年的歷史了，可以說鐵是人類最熟悉的金屬材料。直到工業(yè)革命，隨著冶金技術(shù)的進(jìn)步，鐵合金中碳含量較低的一類：“鋼”開始大量應(yīng)用。由于碳含量低，鋼要比鐵具有更好的韌性，不容易折斷且易于加工。早期的汽車使用的正是低碳鋼，鍛造成形的厚鋼板構(gòu)成了底盤大梁，較薄的鋼板沖壓成了車廂。這種制造方法一直延續(xù)到承載式車身誕生。承載式車身結(jié)合了大梁和車廂承載式車身的制造中主要使用沖壓成型，一種通過擠壓使平整的鋼板在模具中成形的冷加工工藝。由于采用壓力成形法，所以沖壓加工的材料存在一種矛盾 強(qiáng)度高的材料塑性差，不容易成型。而強(qiáng)度低的材料容易成形，但成形后的零件強(qiáng)度偏低。此外，上世紀(jì)90年代受到碳排放政

4、策限制，汽車輕量化備受重視，在這方面新材料汽車優(yōu)勢明顯。面對競爭壓力，鋼鐵企業(yè)開始了超輕鋼制汽車車身uisab(ultra light steel auto body)項(xiàng)目，旨在開發(fā)出一種重量輕、易于加工又具備高強(qiáng)度的鋼材。新型車用結(jié)構(gòu)鋼鋼鐵企企業(yè)的研究思路是通過多晶相復(fù)合兼顧強(qiáng)度和延展性。鋼材中一般存在不同的晶相，這些晶相是金屬晶體冶煉成形時產(chǎn)生的。這里介紹兩種晶體類型，馬氏體和鐵素體。其中馬氏體堅硬，一般高溫冶煉后淬火時由奧氏體轉(zhuǎn)化而成、而鐵素體則比較柔軟。車身就脫胎于這些鋼卷 新型結(jié)構(gòu)鋼能夠同時具備馬氏體與鐵素體兩種晶相，這種鋼名為dp(雙相)鋼。這種鋼的晶相結(jié)構(gòu)是在鐵素體基體上存在眾多

5、馬氏體小島，沖壓加工時鐵素體具有良好的延展性而馬氏體則保證了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，另外鐵素體在沖壓中發(fā)生滑動，晶體間相互交結(jié)，形成加工硬化，使沖壓成型后的零件強(qiáng)度更高。 因此dp鋼已經(jīng)成為制造車身結(jié)構(gòu)件的主要材料，一般1.2mm厚度的dp鋼就已經(jīng)可以達(dá)到主要結(jié)構(gòu)件所需的強(qiáng)度。鑲嵌馬氏體小島的晶體結(jié)構(gòu) 除了dp鋼之外用于汽車的新型鋼材還有if鋼、trip鋼等等，這些鋼材都是屬于能夠減薄使用的高強(qiáng)度鋼。 說到這里就涉及到人們思想中存在已久的一個誤區(qū)，既鋼板越厚越堅固。其實(shí)就現(xiàn)在的發(fā)展趨勢而言，車身上的鋼板在不斷減薄，而車身強(qiáng)度卻提高了。 最直觀的例子是：20年前的車身普遍使用2mm以上厚度的鋼板，但是在碰撞測

6、試中很多車得分很低。而今天的車身用鋼板厚度在1.2mm，碰撞試驗(yàn)中五星得分卻比比皆是。 不過即便是這種高強(qiáng)度鋼也只用在車身結(jié)構(gòu)部件上，例如：縱梁、橫梁、a、b、c柱等部位，而不受力的蒙皮依然采用普通軟鋼，這有利于加工成復(fù)雜的外部形狀且柔軟的表面在與行人發(fā)生碰撞時能夠盡量保護(hù)行人。 車身上采用軟鋼的部位如：引擎蓋面板、翼子板、車門板、車頂板等。所以那些用手按來直觀感受車身強(qiáng)度的朋友還是不要按蒙皮了，真想按的話就打開發(fā)動機(jī)蓋按按減震塔、引擎蓋背面的框架或者后備箱里兩個后減震塔間的橫梁吧，它們絕對夠硬。廠家會標(biāo)注使用不同強(qiáng)度鋼材的車身 說到車身強(qiáng)度，現(xiàn)在很多廠家都會公布自己車身各部分所使用鋼材抗拉強(qiáng)

7、度，單位是mpa(兆帕)，其意義是在單位面積上所能承受的拉力。數(shù)值越大強(qiáng)度越高。 如：500mpa相當(dāng)用于每平方毫米的面積上可以承受50公斤的拉力。這些強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以在選擇車輛時當(dāng)作一個參考，不過很多廠家有時只給出最高強(qiáng)度鋼種的極限值，而這種最高強(qiáng)度的鋼材往往僅用在很小的一部分加強(qiáng)結(jié)構(gòu)上，并不能直觀的展現(xiàn)車身整體強(qiáng)度。鋼材的防腐蝕 鋼鐵材料具有優(yōu)秀的強(qiáng)度、剛度、硬度以及可加工性，稱得上是非常優(yōu)秀的材料，但是任何材料都有缺點(diǎn)，鋼材的最大軟肋就是耐腐蝕性差。鐵的氧化和其中碳的含量關(guān)系很大，碳會使鐵合金內(nèi)部形成原電池反應(yīng)，使鐵失去電子而氧化。氧化鐵又是一種比較疏松的物質(zhì)，并不像氧化鋁等金屬氧化物那樣形

8、成致密氧化層，可以保護(hù)內(nèi)部的金屬元素不再繼續(xù)被腐蝕。且開始生銹的鐵會吸附更多水氣加快腐蝕進(jìn)程，氧化損失對于結(jié)構(gòu)部件來說是致命的，特別是如今采用超薄鋼板制造的車身，本就輕薄的本體上些許的損失也會明顯的影響到整體強(qiáng)度。因此對于輕量化鋼制車身來說，耐腐蝕性也是一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)。低合金耐候鋼：cor-ten鋼 目前的車用鋼材已經(jīng)考慮到這個問題，且它本身的防腐蝕原理也并不新鮮，在上世紀(jì)初就已經(jīng)有應(yīng)用實(shí)例。 上世紀(jì)工業(yè)革命時期鋼鐵工業(yè)突飛猛進(jìn)，鋼制懸索橋如雨后春筍般出現(xiàn)，而在這些鋼制橋梁在設(shè)計的時候必須面對潮濕且含鹽量高的海風(fēng)侵襲，因此低合金耐候鋼(cor-ten 考登鋼)應(yīng)運(yùn)而生。 不銹鋼由于含有占總

9、合金含量20%以上的鎳與鉻所以能夠在金屬表面形成致密的氧化膜保護(hù)金屬本體，但是鎳與鉻都是稀有元素，導(dǎo)致不銹鋼的制造成本居高不下。 因此合金含量低且具有耐大氣腐蝕特性的cor-ten鋼以其相對低廉的價格得到廣泛應(yīng)用，通過在鋼中添入微量的銅、磷、鉻、鎳等合金元素，可使鋼在氧化過程中形成較為致密的氧化層，這種銹層形成了對內(nèi)部金屬材料的保護(hù)，避免其繼續(xù)被外界空氣腐蝕。 cor-ten鋼目前在汽車制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，不過值得一提的是這種鋼材銹蝕的初始階段與普通鋼相同，會生黃銹，隨后顏色逐漸變暗，最后變成巧克力色，至此材料的腐蝕速度幾乎為零。這個形成穩(wěn)定保護(hù)性銹層的過程十分漫長，一般是三年。而且難看的銹層也

10、會影響車輛的美觀使外部油漆剝落，所以目前的車用鋼板外還要經(jīng)過鍍鋅處理，鍍鋅之后的鋼板又多了一層保護(hù)，且表面更光潔，利于油漆附著。新型底盤 現(xiàn)在廠商對于自己產(chǎn)品的防腐蝕能力都十分有信心，通過觀察很多車型的底盤我發(fā)現(xiàn)，如今的底盤已經(jīng)不像過去的車那樣需要噴涂厚厚的黑色涂料了，很多車都是一層底漆直接暴露在外，好一些的會在外面增加一層導(dǎo)流用的塑料護(hù)板。所以我也不建議新車去做底盤封塑，首先封塑的原料來路不明，存在破壞原有底漆的風(fēng)險，封塑層剝落時可能會粘連原廠底漆。另外，不良的施工工藝可能將原有車輛底盤上設(shè)計的排水孔堵死，導(dǎo)致雨水無法排除。新材料車身伴隨技術(shù)進(jìn)步，制造車身的材料已經(jīng)不僅僅是鋼鐵了，越來越多的

11、新材料被應(yīng)用到車身的制作中。其中包括：鋁合金、碳纖維、塑料、高分子復(fù)合材料等等。我也簡單介紹其中的幾種。鋁合金材料說到鋁合金這種材料，必然就會和航空航天技術(shù)聯(lián)系到一起，目前制造飛機(jī)的主要材料依然是鋁合金，即使波音787這種復(fù)合材料占多的新機(jī)型也不能完全擺脫鋁合金。鋁合金優(yōu)異的延展性、只有鋼材一半的密度和良好的耐腐蝕性都成為輕量化結(jié)構(gòu)的首選材料。在很多人的印象中鋁代表的是柔軟易變形，我想這種想法多來自于易拉罐、鋁鍋等日常鋁制品。而實(shí)際航空級鋁合金的機(jī)械性能甚至要超過鋼鐵，以比較常見的7075鋁合金為例，它的抗拉強(qiáng)度是560mpa，不比前面提到鋼材強(qiáng)度低。鋁合金車身大大降低了車身重量 而同樣的重量

12、的鋼和鋁，鋁體積更大，可以在不增加重量的前提下增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。而且目前的鋁制車身多采用厚壁鍛鋁梁焊接而成，就結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度而言要比沖壓薄鋼更有優(yōu)勢，且機(jī)構(gòu)的整體穩(wěn)定性更好，在非設(shè)計受力方向受力時有更大的冗余度。此外，鋁合金在大氣環(huán)境下幾乎不被腐蝕，可以無途裝使用，不過處于美觀的考慮，鋁制車身依然會涂裝上不同顏色的涂料。更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 鋁制車身的缺點(diǎn)是自身造價較高，成型和焊接工藝都比較復(fù)雜，且變形后不能通過鈑金修復(fù)，只能更換變形部件，維修成本居高不下。 但個人比較看好鋁制車身，輕量化且高強(qiáng)度的車身比傳統(tǒng)鋼制車身更堅固，且不用擔(dān)心腐蝕造成的強(qiáng)度降低。 另外鋁制車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計局更合理，承力結(jié)構(gòu)與非承

13、力結(jié)構(gòu)幾乎獨(dú)立。輕質(zhì)合金車身的前景值得期待。碳纖維材料 隨著航空技術(shù)的發(fā)展，在制造飛機(jī)時需要一種更輕更堅固的材料，這時金屬材料已經(jīng)無法滿足航空工業(yè)的需求了，而由一種纖維材料取而代之。最早碳纖維在汽車領(lǐng)域主要應(yīng)用在賽車上，直到現(xiàn)在也只有超跑級別的車輛用的上碳纖維。碳纖維是一種纖維絲狀的材料，在制作成型時需要像織布一樣紡織成片狀，用有機(jī)膠浸潤成形并固化，制作過程類似于玻璃鋼。碳纖維覆蓋件風(fēng)靡改裝界 可明顯降低車重 碳纖維具有絕佳的韌性和抗拉強(qiáng)度，且重量只有鋼的1/4。輕量、高強(qiáng)的特性正是高性能車所需的，目前法拉利、蘭博基尼等超跑的車身由碳纖維制成。 不過碳纖維缺乏延展性是其缺點(diǎn)，在受到超出極限的沖擊時碳纖維結(jié)構(gòu)會如同玻璃一樣破碎。而且碳纖維與其它材料的連接也是個問題，使用傳統(tǒng)的栓接，連接孔周圍很容易產(chǎn)生裂紋。 碳纖維材料的制造成本居高不下也是限制其應(yīng)用的一個方面，即使是在航空領(lǐng)域碳纖維的應(yīng)用也比較有限。車身材料的未來發(fā)展 除了以上的材料外，塑料、復(fù)合材料、可降解材料也是未來車身材料的發(fā)展方向，塑料良好的可塑性和彈性變形利于加工和降低碰撞損失，目前塑料廣泛用于保險杠翼子板等易損部件，較低的造價的也令維修和更換smart車身覆蓋件已經(jīng)采用塑料 近來車身材