《汽車制造工藝技術(shù)》 教案 任務(wù)二 汽車車身材料和總成結(jié)構(gòu)

編號(hào)：LNJD-PR08-RE08授課方案授課教師張德虎課程名稱汽車制造工藝技術(shù)1單元12授課時(shí)間年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第節(jié)第節(jié)第節(jié)班班班授課章節(jié)任務(wù)二汽車車身材料和總成結(jié)構(gòu)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：了解汽車車身金屬和非金屬材料特性；了解汽車車身總成結(jié)構(gòu)能力目標(biāo)：能正確分析汽車車身金屬材料和非金屬材料特性素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)動(dòng)腦、善于查資料的素質(zhì)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：汽車車身金屬和非金屬材料特性難點(diǎn)：汽車車身總成結(jié)構(gòu)教學(xué)地點(diǎn)普通教室□一體化教室R多媒體教室R實(shí)訓(xùn)室□實(shí)驗(yàn)室□企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)□其他教學(xué)方法及手段常規(guī)教學(xué)□啟發(fā)式教學(xué)√現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)□案例教學(xué)□問(wèn)題教學(xué)√項(xiàng)目教學(xué)√多媒體教學(xué)□演示教學(xué)□其他教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)一、復(fù)習(xí)二、導(dǎo)入三、講授新課四、提問(wèn)五、布置作業(yè)六、總結(jié)教學(xué)后記遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案用紙No授課內(nèi)容備注任務(wù)二汽車車身材料和總成結(jié)構(gòu)【復(fù)習(xí)】1.焊接的定義?2.焊接方法的分類?【導(dǎo)入】

汽車車身所使用的主要材料為金屬，約占車身總重量的99.5%

，目前市場(chǎng)上的主流車型使用的金屬以鋼材為主，個(gè)別中高級(jí)轎車的個(gè)別覆蓋件采用鋁合金材料。講到車身材料，就涉及一個(gè)車身安全的話題。大家普遍認(rèn)為車身使用的鋼板越厚，車身的安全系數(shù)就越高，但從專業(yè)的角度及發(fā)展的眼光來(lái)看，二者并非存在絕對(duì)的必然聯(lián)系。一個(gè)典型的例子是在20

世紀(jì)80

年代，轎車上普遍采用2mm厚的鋼材，但當(dāng)時(shí)的車身碰撞結(jié)果顯示，安全性能并不高。進(jìn)入到

21

世紀(jì)初至今，轎車上普遍采用0.8-1.5mm厚的板材，同時(shí)，在各項(xiàng)碰撞檢測(cè)中表現(xiàn)越來(lái)越好。究其原因，汽車碰撞安全性與車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系十分密切，優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往能夠確保車身碰撞過(guò)程中對(duì)乘員的保護(hù)效果。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，金屬材料的延展性、抗拉性得到進(jìn)一步提高，關(guān)鍵部件的剛性也得到進(jìn)一步提高，一系列新技術(shù)的應(yīng)用使得車身上鋼材得以減薄并提高了安全性，如圖1所示?！局v授新課】一、車身用金屬材料1.金屬材料的主要性能金屬材料的性能，是指用來(lái)表征材料在給定外界條件下的行為參量。當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，同一種材料的某些性能也會(huì)隨之變化。通常金屬材料的主要性能是指機(jī)械性能和工藝性能。（1）金屬的機(jī)械性能。金屬的機(jī)械性能即金屬材料的力學(xué)性能。所謂力學(xué)性能是指金屬在外力作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。力學(xué)性能包括強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性及疲勞強(qiáng)度等。①

強(qiáng)度。②

疲勞。

③

塑性。④

韌性。⑤

硬度。（2）金屬材料的工藝性能。工藝性能指金屬材料在加工過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的性能，即接受加工難易程度的性能。

2.車身用金屬材料種類

（1）熱軋鋼板和冷軋鋼板。車身結(jié)構(gòu)中有兩種類型的鋼板：熱軋鋼板和冷軋鋼板。（2）低碳鋼。在2000年前的車身修理中遇到的鋼板大多數(shù)是低碳鋼制成的。低碳鋼的含碳量低，比較軟，便于加工，可以很安全地進(jìn)行焊接、熱收縮和冷加工等操作，它的強(qiáng)度不會(huì)受到嚴(yán)重影響。由于低碳鋼容易變形，所以要用較厚的板件才能達(dá)到足夠的強(qiáng)度，導(dǎo)致汽車質(zhì)量增加。（3）高強(qiáng)度鋼。高強(qiáng)度鋼泛指強(qiáng)度高于低碳鋼的各種類型的鋼材，一般強(qiáng)度在200N/mm2以上。新設(shè)計(jì)的整體式車身通常比車架式車身小，車身的前部要求能夠承受比過(guò)去大得多的載荷，并能夠更好地吸收碰撞能量，高強(qiáng)度鋼正好可以解決這兩方面的問(wèn)題然而，高強(qiáng)度鋼所具有的強(qiáng)度高和質(zhì)量輕的特點(diǎn)卻給修理帶來(lái)了一些難題。高強(qiáng)度鋼受到碰撞時(shí)不容易變形，但是一旦變形后，它比低碳鋼更難修復(fù)到原來(lái)的形狀。（2）鋼材熱處理的種類鋼材的熱處理通常可分為四類：正火處理、淬火處理、回火處理和退火處理。正火處理是將鋼材加熱到

850℃后，以空氣來(lái)冷卻的一種熱處理過(guò)程。當(dāng)鋼材經(jīng)過(guò)機(jī)械加工產(chǎn)生塑性變形后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)將變得散亂，從而造成強(qiáng)度不均，此時(shí)可借正火處理來(lái)整頓其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善機(jī)械性能。淬火處理用來(lái)增加硬度

(脆性)。淬火處理是將含碳量為0.4%的鋼材加熱至

850℃

后，急速冷卻的一種熱處理過(guò)程。淬火雖然增加硬度，但同時(shí)也增加脆性?；鼗鹛幚碛脕?lái)增加韌性。回火處理是將淬火處理過(guò)的材料，再次加熱到200℃，然后冷卻的一種熱處理過(guò)程?；厮幚砜墒共牧系膬?nèi)部組織穩(wěn)定，以增加韌性。退火處理用來(lái)增加柔軟性。退火處理是材料加熱后，慢慢冷卻的一種熱處理過(guò)程。加熱的溫度根據(jù)需求而有所不同。3.特殊金屬板在車身中的應(yīng)用①

防銹鋼板。防銹鋼板的表面有一層鍍層，鍍層的種類有鍍鋅、鍍鋁和鍍錫。在這三種鍍層中鍍鋅和鍍鋁比鋼板容易腐蝕，而鍍錫防腐蝕能力則比鋼板好。鍍鋅鋼板對(duì)堿性環(huán)境的防腐性能要好于酸性環(huán)境，一般用于車身鋼板；而鍍鋁鋼板對(duì)酸性環(huán)境的防腐性能要好于堿性環(huán)境，一般用于排氣管護(hù)板；鍍錫鋼板則用于燃油箱。二、車身用非金屬材料1.汽車用玻璃汽車用玻璃有安全和外觀兩方面的要求。汽車玻璃要有良好的光學(xué)性能，還要有良好的耐磨性、耐熱性、耐光性。汽車上要使用安全玻璃，玻璃在破碎后不能對(duì)乘員造成傷害?，F(xiàn)在的風(fēng)窗玻璃都做成整體一幅式的大曲面型，上下左右都有一定的弧度。這種曲面玻璃從加工過(guò)程到安裝配合的技術(shù)要求都非常高?，F(xiàn)在汽車上應(yīng)用的安全玻璃有夾層玻璃、鋼化玻璃、區(qū)域鋼化玻璃和特殊功能玻璃等類型。2.汽車用塑料（1）塑料的組成。塑料是以合成樹(shù)脂為基體，并加入某些添加劑制成的高分字材料。它在一定溫度、一定壓力下可以塑造成各種形狀的部件。①

合成樹(shù)脂。合成樹(shù)脂是塑料的主要成分，它的種類、性質(zhì)及加入量的多少對(duì)塑料的性能起到很大的影響，大部分塑料是以所加樹(shù)脂的名稱來(lái)命名的。工程上常用的合成樹(shù)脂有酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂和聚氯乙烯、聚苯乙烯等。②添加劑。加入添加劑是為了改善塑料的性能，擴(kuò)大其使用范圍。它包括填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、囪化劑和著色劑等。③填料。填料主要趄強(qiáng)化作用，同時(shí)也能改善或提高塑料的某些性能。加入云母、石棉粉、氧化硅可以增加塑料的電絕緣性、耐熱性、硬度和耐磨性。增塑劑用于提高塑性的可塑性和柔性。穩(wěn)定劑可以提高塑料在光和熱作用下的穩(wěn)定性，以延緩老化。固化劑可以促使塑料在加工程中硬化。著色劑可以使塑料制品的色彩美觀。（2）塑料的分類和特性。①塑料的分類。塑料的種類很多，按其熱性能不同，可分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩大類。②塑料的主要特性。塑料具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)性能，主要有以下幾點(diǎn)。a．質(zhì)量輕。b．化學(xué)穩(wěn)定好。c．電絕緣性好。d．吸振性和消聲性好。e．塑料也有不少缺點(diǎn)，與鋼材相比其力學(xué)性能較低；耐熱性較差

(一般只能在100℃以下長(zhǎng)期工作)；導(dǎo)熱性差；容易吸水，吸水后性能惡化占此外，塑料還有易老化、易燃燒、溫度變化時(shí)尺寸穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。③塑料在汽車中的應(yīng)用。由于塑料具有諸多金屬和其他材料所不具備的優(yōu)

良性能，因此在汽車上應(yīng)用很廣。常用于制作各種結(jié)構(gòu)零件、耐磨減磨零件、隔熱防振零件等。3.汽車用橡膠橡膠是一種高分子材料，汽車上有許多零件是用橡膠制造的，如輪胎、車門(mén)窗密封條、風(fēng)扇傳動(dòng)帶、緩沖墊、油封、制動(dòng)皮碗等。（1）橡膠的基本性能①極高的彈性。②良好的熱可塑性。③良好的黏著性。④良好的絕緣性。（2）橡膠在汽車中的應(yīng)用。在汽車上用量最大的橡膠制品是輪胎，另外橡膠還廣泛應(yīng)用于車門(mén)、車窗的密封條；各種膠管、膠帶；減震配件以及耐油配件等。4.汽車用黏合劑（1）環(huán)氧樹(shù)脂黏合劑；（2）酚醛樹(shù)脂黏合劑。（3）氧化銅黏合劑。三、車身總成概述車身總成又叫白車身總成，是指焊裝生產(chǎn)任務(wù)完結(jié)后的最終交付產(chǎn)品，是由車身各分總成通過(guò)既定工藝連接而成的。簡(jiǎn)單來(lái)講，車身總成是車身下部總成(地板總成)與左右側(cè)圍總成、頂蓋等通過(guò)定位焊、激光焊以及結(jié)構(gòu)膠連接后，并將左前門(mén)、左后門(mén)、右前門(mén)、右后門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、行李艙蓋以及左右前翼子板總成通過(guò)螺栓緊固聯(lián)接安裝完成之后的產(chǎn)品。通過(guò)流程圖（圖2），可以很明了地看出車身總成與各分總成之間的關(guān)系。

通過(guò)圖3，可以直觀地了解車身結(jié)構(gòu)的基本組成。四、白車身下部總成結(jié)構(gòu)白車身下部總成又叫做底板總成（圖4），底板總成在整個(gè)車身結(jié)構(gòu)安全性、承載能力中起到關(guān)鍵作用。底板總成包括由左右前縱梁組成的發(fā)動(dòng)機(jī)艙分總成、左右后縱梁組成的后底板分總成、乘員艙的承載主體前底板分總成以及車身橫向力均勻分配的關(guān)鍵部件左右門(mén)檻板。前底板分總成由前底板面板與車身座椅橫梁連接而成（圖1-43），單獨(dú)的前底板分總成并不具備很強(qiáng)的剛性，但在底板總成上，它連接了發(fā)動(dòng)機(jī)艙分總成與后底板分總成，并由左右門(mén)檻板起到加強(qiáng)作用后，因此前底板就具有了很強(qiáng)的承載能力。前底板分總成在車身中的位置非常容易找到，就是在駕駛?cè)思俺藛T的腳下。座椅橫梁也叫底板橫梁，其主要的作用有兩個(gè)：一是承載座椅及乘員重量；另一個(gè)則是將側(cè)面碰撞力通過(guò)其轉(zhuǎn)移到車身未受到撞擊的一面，起到分散撞擊力的作用。其材料和結(jié)構(gòu)和縱梁基本一致，采用C型或D型腹腔設(shè)計(jì)，以提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。前底板面板則是一塊或兩塊大面積的鋼板，一般厚度在0.8mm左右，它一般焊接在底板縱梁的上面、座椅橫梁的下面，兩側(cè)則和門(mén)檻焊接。前底板一般在中間會(huì)有凸起結(jié)構(gòu)，一方面是作為消聲器以及部分后驅(qū)車型傳動(dòng)軸的安裝空間，另一方面也起到加強(qiáng)底板的作用。門(mén)檻位于底板總成的兩側(cè)、車門(mén)的正下方。其作用有兩個(gè)：一是抵御正面和后面撞擊力；二是承擔(dān)側(cè)面撞擊吸能的重任，和車身B柱、側(cè)門(mén)防撞梁（桿）一起擔(dān)負(fù)起保證側(cè)面安全的重任。門(mén)檻的截面形狀和底板縱梁的類似，一般由兩個(gè)高強(qiáng)度鋼板沖壓成的C型鈑金件和肋板焊接而成。圖1-44為汽車的門(mén)檻板。五、白車身骨架結(jié)構(gòu)總成白車身骨架總成是由車身底板總成與左右側(cè)圍總成通過(guò)頂棚總成連接而成，此四大總成連接后形成腹腔型，腹腔的四周各具有高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件相連形成結(jié)構(gòu)框架，從外形上看，此時(shí)一個(gè)汽車的外觀輪廓已基本形成，但實(shí)質(zhì)上目前僅僅完成車身以確保乘員安全為目的的結(jié)構(gòu)性（圖1-45所示）。側(cè)圍分總成由側(cè)圍外板、側(cè)圍內(nèi)板及其他結(jié)構(gòu)件連接而成（圖1-46），它是4個(gè)車門(mén)安裝的支撐基礎(chǔ)。由于側(cè)圍需要留有乘員出人車身的門(mén)洞，并要確保在既定的車身尺寸內(nèi)預(yù)留盡量大的乘員空間，導(dǎo)致側(cè)圍的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以細(xì)、長(zhǎng)、薄為主，這也為側(cè)圍的設(shè)計(jì)、制造工藝提高了難度。一般側(cè)圍外板采用0.6~0.8mm厚的鍍鋅鋼板進(jìn)行加工，側(cè)圍內(nèi)板采用1~2mm厚的鋼板進(jìn)行加強(qiáng)，同時(shí)在對(duì)乘員保護(hù)要求較高的駕駛?cè)思扒芭懦丝臀恢檬褂酶邚?qiáng)度鋼板。圖1-46

側(cè)圍分總成結(jié)構(gòu)六、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、車門(mén)、后備箱蓋分總成汽車總成結(jié)構(gòu)中，除了底板分總成、骨架分總成、側(cè)圍分總成、頂棚分總成外，還有“四門(mén)兩蓋”分總成結(jié)構(gòu)，如圖1-49所示。發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋一般由發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋外板、內(nèi)板、鉸鏈加強(qiáng)板和艙蓋鎖加強(qiáng)板組成。其中，外板是表面覆蓋件，主要起到美觀的作用；而鉸鏈肋板和艙蓋鎖肋板只是作為局部加強(qiáng)件；內(nèi)板則是最為關(guān)鍵的部件了，內(nèi)板一般是0.8mm的鋼板，在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)在內(nèi)部沿著車身寬度方向開(kāi)一道伸縮槽，以便在汽車發(fā)生正面碰撞時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋能沿此槽向上折彎變形，在吸收部分能量的同時(shí)還可以防止發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋受力后向后切入乘員艙傷害駕乘人員。

車門(mén)總成一般分為內(nèi)板和外板兩部分（圖1-50所示），外板采用0.6~0.8mm厚的鍍鋅板材，內(nèi)板一般采用1~1.5mm厚的高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度鋼材作為骨架加強(qiáng)作用。