《汽车制造工艺技术》 教案 任务二 汽车车身材料和总成结构

编号：LNJD-PR08-RE08授课方案授课教师张德虎课程名称汽车制造工艺技术1单元12授课时间年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第节第节第节班班班授课章节任务二汽车车身材料和总成结构教学目标知识目标：了解汽车车身金属和非金属材料特性；了解汽车车身总成结构能力目标：能正确分析汽车车身金属材料和非金属材料特性素质目标：培养学生爱动脑、善于查资料的素质重点难点重点：汽车车身金属和非金属材料特性难点：汽车车身总成结构教学地点普通教室□一体化教室R多媒体教室R实训室□实验室□企业现场□其他教学方法及手段常规教学□启发式教学√现场教学□案例教学□问题教学√项目教学√多媒体教学□演示教学□其他教学过程设计一、复习二、导入三、讲授新课四、提问五、布置作业六、总结教学后记辽宁机电职业技术学院教案用纸No授课内容备注任务二汽车车身材料和总成结构【复习】1.焊接的定义?2.焊接方法的分类?【导入】

汽车车身所使用的主要材料为金属，约占车身总重量的99.5%

，目前市场上的主流车型使用的金属以钢材为主，个别中高级轿车的个别覆盖件采用铝合金材料。讲到车身材料，就涉及一个车身安全的话题。大家普遍认为车身使用的钢板越厚，车身的安全系数就越高，但从专业的角度及发展的眼光来看，二者并非存在绝对的必然联系。一个典型的例子是在20

世纪80

年代，轿车上普遍采用2mm厚的钢材，但当时的车身碰撞结果显示，安全性能并不高。进入到

21

世纪初至今，轿车上普遍采用0.8-1.5mm厚的板材，同时，在各项碰撞检测中表现越来越好。究其原因，汽车碰撞安全性与车身结构设计的关系十分密切，优秀的结构设计往往能够确保车身碰撞过程中对乘员的保护效果。随着材料技术的进步，金属材料的延展性、抗拉性得到进一步提高，关键部件的刚性也得到进一步提高，一系列新技术的应用使得车身上钢材得以减薄并提高了安全性，如图1所示。【讲授新课】一、车身用金属材料1.金属材料的主要性能金属材料的性能，是指用来表征材料在给定外界条件下的行为参量。当外界条件发生变化时，同一种材料的某些性能也会随之变化。通常金属材料的主要性能是指机械性能和工艺性能。（1）金属的机械性能。金属的机械性能即金属材料的力学性能。所谓力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等。①

强度。②

疲劳。

③

塑性。④

韧性。⑤

硬度。（2）金属材料的工艺性能。工艺性能指金属材料在加工过程中所表现出来的性能，即接受加工难易程度的性能。

2.车身用金属材料种类

（1）热轧钢板和冷轧钢板。车身结构中有两种类型的钢板：热轧钢板和冷轧钢板。（2）低碳钢。在2000年前的车身修理中遇到的钢板大多数是低碳钢制成的。低碳钢的含碳量低，比较软，便于加工，可以很安全地进行焊接、热收缩和冷加工等操作，它的强度不会受到严重影响。由于低碳钢容易变形，所以要用较厚的板件才能达到足够的强度，导致汽车质量增加。（3）高强度钢。高强度钢泛指强度高于低碳钢的各种类型的钢材，一般强度在200N/mm2以上。新设计的整体式车身通常比车架式车身小，车身的前部要求能够承受比过去大得多的载荷，并能够更好地吸收碰撞能量，高强度钢正好可以解决这两方面的问题然而，高强度钢所具有的强度高和质量轻的特点却给修理带来了一些难题。高强度钢受到碰撞时不容易变形，但是一旦变形后，它比低碳钢更难修复到原来的形状。（2）钢材热处理的种类钢材的热处理通常可分为四类：正火处理、淬火处理、回火处理和退火处理。正火处理是将钢材加热到

850℃后，以空气来冷却的一种热处理过程。当钢材经过机械加工产生塑性变形后，其内部结构将变得散乱，从而造成强度不均，此时可借正火处理来整顿其内部结构，改善机械性能。淬火处理用来增加硬度

(脆性)。淬火处理是将含碳量为0.4%的钢材加热至

850℃

后，急速冷却的一种热处理过程。淬火虽然增加硬度，但同时也增加脆性。回火处理用来增加韧性。回火处理是将淬火处理过的材料，再次加热到200℃，然后冷却的一种热处理过程。回水处理可使材料的内部组织稳定，以增加韧性。退火处理用来增加柔软性。退火处理是材料加热后，慢慢冷却的一种热处理过程。加热的温度根据需求而有所不同。3.特殊金属板在车身中的应用①

防锈钢板。防锈钢板的表面有一层镀层，镀层的种类有镀锌、镀铝和镀锡。在这三种镀层中镀锌和镀铝比钢板容易腐蚀，而镀锡防腐蚀能力则比钢板好。镀锌钢板对碱性环境的防腐性能要好于酸性环境，一般用于车身钢板；而镀铝钢板对酸性环境的防腐性能要好于碱性环境，一般用于排气管护板；镀锡钢板则用于燃油箱。二、车身用非金属材料1.汽车用玻璃汽车用玻璃有安全和外观两方面的要求。汽车玻璃要有良好的光学性能，还要有良好的耐磨性、耐热性、耐光性。汽车上要使用安全玻璃，玻璃在破碎后不能对乘员造成伤害。现在的风窗玻璃都做成整体一幅式的大曲面型，上下左右都有一定的弧度。这种曲面玻璃从加工过程到安装配合的技术要求都非常高。现在汽车上应用的安全玻璃有夹层玻璃、钢化玻璃、区域钢化玻璃和特殊功能玻璃等类型。2.汽车用塑料（1）塑料的组成。塑料是以合成树脂为基体，并加入某些添加剂制成的高分字材料。它在一定温度、一定压力下可以塑造成各种形状的部件。①

合成树脂。合成树脂是塑料的主要成分，它的种类、性质及加入量的多少对塑料的性能起到很大的影响，大部分塑料是以所加树脂的名称来命名的。工程上常用的合成树脂有酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、有机硅树脂和聚氯乙烯、聚苯乙烯等。②添加剂。加入添加剂是为了改善塑料的性能，扩大其使用范围。它包括填料、增塑剂、稳定剂、囱化剂和着色剂等。③填料。填料主要趄强化作用，同时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电绝缘性、耐热性、硬度和耐磨性。增塑剂用于提高塑性的可塑性和柔性。稳定剂可以提高塑料在光和热作用下的稳定性，以延缓老化。固化剂可以促使塑料在加工程中硬化。着色剂可以使塑料制品的色彩美观。（2）塑料的分类和特性。①塑料的分类。塑料的种类很多，按其热性能不同，可分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。②塑料的主要特性。塑料具有许多优良的物理、化学性能，主要有以下几点。a．质量轻。b．化学稳定好。c．电绝缘性好。d．吸振性和消声性好。e．塑料也有不少缺点，与钢材相比其力学性能较低；耐热性较差

(一般只能在100℃以下长期工作)；导热性差；容易吸水，吸水后性能恶化占此外，塑料还有易老化、易燃烧、温度变化时尺寸稳定性差等缺点。③塑料在汽车中的应用。由于塑料具有诸多金属和其他材料所不具备的优

良性能，因此在汽车上应用很广。常用于制作各种结构零件、耐磨减磨零件、隔热防振零件等。3.汽车用橡胶橡胶是一种高分子材料，汽车上有许多零件是用橡胶制造的，如轮胎、车门窗密封条、风扇传动带、缓冲垫、油封、制动皮碗等。（1）橡胶的基本性能①极高的弹性。②良好的热可塑性。③良好的黏着性。④良好的绝缘性。（2）橡胶在汽车中的应用。在汽车上用量最大的橡胶制品是轮胎，另外橡胶还广泛应用于车门、车窗的密封条；各种胶管、胶带；减震配件以及耐油配件等。4.汽车用黏合剂（1）环氧树脂黏合剂；（2）酚醛树脂黏合剂。（3）氧化铜黏合剂。三、车身总成概述车身总成又叫白车身总成，是指焊装生产任务完结后的最终交付产品，是由车身各分总成通过既定工艺连接而成的。简单来讲，车身总成是车身下部总成(地板总成)与左右侧围总成、顶盖等通过定位焊、激光焊以及结构胶连接后，并将左前门、左后门、右前门、右后门、发动机舱盖、行李舱盖以及左右前翼子板总成通过螺栓紧固联接安装完成之后的产品。通过流程图（图2），可以很明了地看出车身总成与各分总成之间的关系。

通过图3，可以直观地了解车身结构的基本组成。四、白车身下部总成结构白车身下部总成又叫做底板总成（图4），底板总成在整个车身结构安全性、承载能力中起到关键作用。底板总成包括由左右前纵梁组成的发动机舱分总成、左右后纵梁组成的后底板分总成、乘员舱的承载主体前底板分总成以及车身横向力均匀分配的关键部件左右门槛板。前底板分总成由前底板面板与车身座椅横梁连接而成（图1-43），单独的前底板分总成并不具备很强的刚性，但在底板总成上，它连接了发动机舱分总成与后底板分总成，并由左右门槛板起到加强作用后，因此前底板就具有了很强的承载能力。前底板分总成在车身中的位置非常容易找到，就是在驾驶人及乘员的脚下。座椅横梁也叫底板横梁，其主要的作用有两个：一是承载座椅及乘员重量；另一个则是将侧面碰撞力通过其转移到车身未受到撞击的一面，起到分散撞击力的作用。其材料和结构和纵梁基本一致，采用C型或D型腹腔设计，以提高其结构强度。前底板面板则是一块或两块大面积的钢板，一般厚度在0.8mm左右，它一般焊接在底板纵梁的上面、座椅横梁的下面，两侧则和门槛焊接。前底板一般在中间会有凸起结构，一方面是作为消声器以及部分后驱车型传动轴的安装空间，另一方面也起到加强底板的作用。门槛位于底板总成的两侧、车门的正下方。其作用有两个：一是抵御正面和后面撞击力；二是承担侧面撞击吸能的重任，和车身B柱、侧门防撞梁（杆）一起担负起保证侧面安全的重任。门槛的截面形状和底板纵梁的类似，一般由两个高强度钢板冲压成的C型钣金件和肋板焊接而成。图1-44为汽车的门槛板。五、白车身骨架结构总成白车身骨架总成是由车身底板总成与左右侧围总成通过顶棚总成连接而成，此四大总成连接后形成腹腔型，腹腔的四周各具有高强度的结构件相连形成结构框架，从外形上看，此时一个汽车的外观轮廓已基本形成，但实质上目前仅仅完成车身以确保乘员安全为目的的结构性（图1-45所示）。侧围分总成由侧围外板、侧围内板及其他结构件连接而成（图1-46），它是4个车门安装的支撑基础。由于侧围需要留有乘员出人车身的门洞，并要确保在既定的车身尺寸内预留尽量大的乘员空间，导致侧围的设计结构以细、长、薄为主，这也为侧围的设计、制造工艺提高了难度。一般侧围外板采用0.6~0.8mm厚的镀锌钢板进行加工，侧围内板采用1~2mm厚的钢板进行加强，同时在对乘员保护要求较高的驾驶人及前排乘客位置使用高强度钢板。图1-46

侧围分总成结构六、发动机盖、车门、后备箱盖分总成汽车总成结构中，除了底板分总成、骨架分总成、侧围分总成、顶棚分总成外，还有“四门两盖”分总成结构，如图1-49所示。发动机舱盖一般由发动机舱盖外板、内板、铰链加强板和舱盖锁加强板组成。其中，外板是表面覆盖件，主要起到美观的作用；而铰链肋板和舱盖锁肋板只是作为局部加强件；内板则是最为关键的部件了，内板一般是0.8mm的钢板，在设计时会在内部沿着车身宽度方向开一道伸缩槽，以便在汽车发生正面碰撞时发动机舱盖能沿此槽向上折弯变形，在吸收部分能量的同时还可以防止发动机舱盖受力后向后切入乘员舱伤害驾乘人员。

车门总成一般分为内板和外板两部分（图1-50所示），外板采用0.6~0.8mm厚的镀锌板材，内板一般采用1~1.5mm厚的高强度或超高强度钢材作为骨架加强作用。