《汽車車身材料》PPT課件.ppt

汽車車身材料,汽車工程系 郝金魁 2010年4月,汽車車身材料的分類,金屬：汽車工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的材料，其中鋼鐵的用量最大。一般金屬具的優(yōu)良的工藝性能和力學(xué)性能； 非金屬材料：主要是合成高分子材料，塑料、橡膠、玻璃等，具有高硬度、耐高溫、耐腐蝕、絕緣的特點，主要保險杠、擋泥板、倒車鏡、門窗和車內(nèi)飾等元件； 復(fù)合材料：指由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性能不同的物質(zhì)，一般綜合了各組分材料的優(yōu)良性能。 80年代后期，復(fù)合材料車身外覆蓋件得到大量的應(yīng)用和推廣，如發(fā)動機罩、翼子板、車門、車頂板、導(dǎo)流罩、車廂后擋板等，甚至出現(xiàn)了全復(fù)合材料的卡車駕駛室和轎車車身。,工程材料的使用：,為了合理地使用和加工金屬材料，必須了解其使用性能和工藝性能。,使用性能：指各個零件或構(gòu)件在正常工作時金屬材料應(yīng)具備的性能，它決定了金屬材料的應(yīng)用范圍、使用的可靠性和壽命。包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能。,工藝性能：指金屬材料在冷、熱加工過程中應(yīng)具備的性能，它決定了金屬材料的加工方法。包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能。,金屬材料的性能,基本概念,載荷：零件和工具在使用過程中所受的力，按作用方式不同，可分為拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等，又可分為靜載荷和動載荷。 靜載荷力的大小不變或變化緩慢的載荷。如靜拉力、靜壓力等。 動載荷力的大小和方向隨時間而發(fā)生改變。如沖擊載荷、交變載荷、循環(huán)載荷等。,應(yīng)力：材料在任一時刻所受的力除以橫截面積之商。用“”表示。 變形：金屬在外力的作用下尺寸和形狀的變化，“彈性變形”和“塑性變形” 彈性變形去除外力后，物體能完全恢復(fù)原狀的變形。 塑性變形當(dāng)外力取消后，物體的變形不能完全恢復(fù)，而產(chǎn)生的永久變形。 力學(xué)性能：是指在力的作用下所顯示的與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的性能，通俗地講是指材料抵抗外力引起的變形和破壞的能力。,基本概念,強度：材料在力的作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。分為抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強度等 塑性：塑性是金屬在外力作用下能穩(wěn)定地改變自己的形狀和尺寸，而各質(zhì)點間的聯(lián)系不被破壞的性能 硬度：材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力稱為硬度 韌性：韌性是指金屬在沖斷前吸收變形能量的能力，即抵抗沖擊破壞的能力,基本概念,金屬材料的剛度、強度、彈性、塑性是通過拉伸實驗來測定的，標(biāo)準(zhǔn)試樣如圖所示，把試樣安裝在拉伸試驗機上，并對試樣施加一個緩慢增加的軸向拉力，試樣產(chǎn)生變形，直至斷裂。,力學(xué)性能（機械性能）：金屬材料具有的抵抗一定外力作用而不被破壞的性能。金屬材料的力學(xué)性能主要有：剛度、強度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌度、斷裂韌度和疲勞強度等。,金屬材料的力學(xué)性能,圓形拉伸試樣,拉伸曲線,彈性階段：OA荷載與伸長成比例，完全符合虎克定律； Np為比例極限荷載，相應(yīng)的應(yīng)力為比例極限； Ne為彈性極限荷載，相應(yīng)的應(yīng)力為彈性極限。,屈服階段：荷載與變形不成正比，變形增加很快，曲線呈鋸齒狀，甚至荷載不增加，變形仍然繼續(xù)發(fā)展，這就成為剛才的屈服。,斷裂階段,強度,拉伸曲線oe段是直線，金屬材料處在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比例關(guān)系，服從虎克定律，其比值稱彈性模量，是衡量材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo)。,彈性極限： 金屬材料產(chǎn)生完全彈性變形時所能承受的最大應(yīng)力值，單位MPa 。即,屈服極限s ： 開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力稱為屈服點，其含義指在外力作用下開始產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力，也即材料抵抗微量塑性變形的能力。,條件屈服極限：有些塑性較低的材料沒有明顯的屈服點，難于確定產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。規(guī)定當(dāng)試樣產(chǎn)生0.2%的塑性變形時所對應(yīng)的應(yīng)力0.2作為材料開始產(chǎn)生明顯塑性變形時的屈服強度，稱為條件屈服極限。,強度,抗拉強度b: 當(dāng)負(fù)荷繼續(xù)增加超過s點后，變形量隨著負(fù)荷的增加而急劇增加，當(dāng)負(fù)荷超過b點，變形集中在試樣的某一部位上，試樣在該部位出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，拉伸變形集中在縮頸處。繼續(xù)施加負(fù)荷，試樣在k點斷裂。材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力，即為抗拉強度（強度極限） 。,強度,鋼材的屈服強度與抗拉強度的比值，稱為屈強比。屈強比越小，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越高,指金屬材料在靜載荷作用時，在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力，反映材料塑性的力學(xué)性能指標(biāo)有延伸率和斷面收縮率 。,延伸率： 指試樣拉斷后其標(biāo)距長度的相對伸長值。即,斷面收縮率： 指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大相對收縮值。,塑性,鋼材的含碳量對機械性能的影響,其它成分含量對強度的影響,溫度：溫度升高塑性提高,硬度,硬度指金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，也是衡量金屬材料軟硬程度的一種力學(xué)性能指標(biāo)。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。,疲勞強度,交變應(yīng)力（周期性應(yīng)力）。 應(yīng)力的大小、方向周期性變化。有對稱周期性應(yīng)力和非對稱周期性應(yīng)力。,疲勞。 構(gòu)件在低于屈服強度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過較長時間工作而發(fā)生突然斷裂，無明顯的塑性變形的現(xiàn)象。,疲勞現(xiàn)象：在循環(huán)力或交變力作用下工作的，盡管這種應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服點，但經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后斷裂的現(xiàn)象,疲勞斷裂原因：由于零件中存在疲勞源（如裂紋、夾雜、刀痕等缺陷），在循環(huán)力或交變力作用下疲勞源處產(chǎn)生疲勞裂紋，并不斷擴展，導(dǎo)致零件即發(fā)生突然斷裂。,沖擊韌度,金屬材料抵抗沖擊負(fù)荷的能力，可用擺錘沖擊試驗機來測定金屬材料的沖擊值。沖擊韌度值可用下式計算。,單位截面積材料斷裂吸收的功。,沖擊韌度,金屬冷變形規(guī)律,金屬冷變形規(guī)律,金屬冷變形規(guī)律,汽車車身常用金屬材料,汽車車身常用金屬材料,汽車車身零件一般由鋼板沖壓而成，根據(jù)強度和剛度需要設(shè)計成不同形狀的斷面。,大量采用加強筋或加強件。,不同的部位采用不同厚度的鋼板。,高強度鋼板,高強度鋼板是在低碳鋼內(nèi)加入適當(dāng)?shù)奈⒘吭兀?jīng)各種處理軋制而成，其抗拉強度高達(dá)550N/mm2，是普通低碳鋼板的23倍，深拉延性能極好，可軋制成很薄的鋼板，是車身輕量化的重要材料。 IF（高強度無間隙原子）鋼板：晶格無間隙，鐵素體的中間晶格內(nèi)無碳原子和氮原子，碳和氮的含量極低。成型能力高，可焊性好。主要用于轎車外板、車門等形狀復(fù)雜的沖壓件。,高強度鋼板,高強度鋼板,烘烤硬化冷軋（BH）鋼板：經(jīng)過沖壓、拉延變形及烤漆高溫時效處理，屈服強度得以提高。這種簡稱為BH鋼板的烘烤硬化鋼板既薄又有足夠的強度，是車身外板輕量化設(shè)計首選材料之一； 冷軋雙相（DP）鋼板：具有屈服、屈強比低和加工硬化高、兼?zhèn)涓邚姸燃案咚苄缘奶攸c，如經(jīng)烤漆后其強度可進一步提高。適用于形狀復(fù)雜且要求強度高的車身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如車門加強板、保險杠等； 高張力鋼：具有550以上的屈服強度和620以上的抗拉強度，具有優(yōu)異的韌性、高速延性斷裂停止特性及焊接性。,高強度鋼板,相變誘導(dǎo)塑性（TRIP）鋼 ：通過熱軋變形熱處理或冷軋+ 熱處理，具有高的屈服強度和抗拉強度，延展性強，沖壓成形能力高。特別適用于一些形狀復(fù)雜而強度要求高的沖壓零件。 輕量化迭層鋼板 ：在兩層超薄鋼板之間壓入塑料的復(fù)合材料，表層鋼板厚度為0.20.3mm，塑料層的厚度占總厚度的2565。與具有同樣剛度的單層鋼板相比，質(zhì)量只有57。隔熱防振性能良好，主要用于發(fā)動機罩、行李箱蓋、車身底板等部件。,車身新材料,鋁合金 ：與汽車鋼板相比，鋁合金具有密度?。?.7g/cm3）、比強度高、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好、易成形、可回收再生等優(yōu)點，技術(shù)成熟。 德國大眾公司的新型奧迪A2型轎車，由于采用了全鋁車身骨架和外板結(jié)構(gòu)，使其總質(zhì)量減少了135kg，比傳統(tǒng)鋼材料車身減輕了43，使平均油耗降至每百公里3升的水平。 全新奧迪A8通過使用性能更好的大型鋁鑄件和液壓成型部件，車身零件數(shù)量從50個減至29個，車身框架完全閉合。這種結(jié)構(gòu)不僅使車身的扭轉(zhuǎn)剛度提高了60%，還比同類車型的鋼制車身車重減少50%。,汽車耐磨膠,Citroen C-Metisse Concept 2006 炭纖維車架,Mercedes-Benz SLR McLaren 2004 炭纖維車架,防腐蝕鋼板,防腐蝕鋼板,汽車車身常用非金屬材料,塑料材料：聚丙烯（PP）、聚氨酯（PUR）、聚氯乙烯（PVC）、熱固性復(fù)合材料、ABS、尼龍（PA）、聚乙烯、聚酯（PET）等；,玻璃材料：鋼化玻璃、夾層玻璃、除霜玻璃、反光玻璃、智能玻璃、新型玻璃等；,橡膠材料：天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、乳聚丁苯橡膠、丁基橡膠、脂橡膠、三元乙丙橡膠、 氫化丁晴橡膠、耐油性硅橡膠、氟橡膠等；,膠粘劑：車身用膠、內(nèi)飾用膠、發(fā)動機用膠、底盤部件用膠和汽車制造中工藝用膠等；,塑料材料,熱塑性塑料：指具有加熱軟化、冷卻硬化特性的塑料。日常生活中使用的大部分塑料屬于這個范疇。加熱時變軟以至流動，冷卻變硬，這種過程是可逆的，可以反復(fù)進行 。熱塑性塑料中樹脂分子鏈都是線型或帶支鏈的結(jié)構(gòu)，分子鏈之間無化學(xué)鍵產(chǎn)生，加熱時軟化流動冷卻變硬的過程是物理變化。,熱固性塑料：第一次加熱時可以軟化流動，加熱到一定溫度，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)一交鏈固化而變硬，這種變化是不可逆的，此后，再次加熱時，已不能再變軟流動了。正是借助這種特性進行成型加工，利用第一次加熱時的塑化流動，在壓力下充滿型腔，進而固化成為確定形狀和尺寸的制品。,熱塑性塑料,熱固性塑料,酚醛樹脂也叫電木，由苯酚與甲醛縮聚而得。酚醛樹脂最重要的特征就是耐高溫性，即使在非常高的溫度下，也能保持其結(jié)構(gòu)的整體性和尺寸的穩(wěn)定性。,汽車車身塑料件,鋼化玻璃：鋼化玻璃是將玻璃加熱到接近軟化溫度時進行驟冷淬火而成的玻璃制品。由于鋼化玻璃的表面壓應(yīng)力與內(nèi)部張應(yīng)力達(dá)到一致或基本平衡，所以鋼化玻璃具有較強的抗沖擊性和較好的熱穩(wěn)定性。 區(qū)域鋼化玻璃：當(dāng)它破裂時，會形成特殊形狀和大小的碎片，可為駕駛員提供一定的能見度和額外的安全,車用玻璃,夾層玻璃：兩層或兩層以上的玻璃經(jīng)過膠合而成的加工型玻璃。,電熱玻璃：可以通電加熱的玻璃，也就是把電加熱元件燒結(jié)到玻璃上或采用特殊工藝結(jié)合到玻璃上的一種安全玻璃，通電后 能起到除霧、除霜的作用。,天線玻璃：在玻璃夾層中裝入很細(xì)的康銅絲代替拉桿天線，通過天線可收聽廣播，接收電視信號，撥打電話，上網(wǎng)。,車用玻璃,遮陽玻璃： 在前擋風(fēng)玻璃夾層涂一層彩色膜片，由深而淺，在一定程度上起遮擋陽光的作用，通常稱這種玻璃為帶遮陽條的前擋風(fēng)玻璃。,雨刷玻璃：在前擋玻璃內(nèi)部安裝雨水感應(yīng)器，淋雨時，通過控制單元自動開啟雨刷器，并根據(jù)雨量的大小變化，隨時改變雨刷速度。,隔熱玻璃： 在夾層玻璃間夾有特殊薄膜，它可以讓太陽的可見光透人，而紫外線和紅外線被阻隔和吸收，從而降低車內(nèi)的溫度，達(dá)到節(jié)能環(huán)保效果。,車用玻璃,屏顯玻璃： 利用在前擋風(fēng)玻璃視區(qū)部分鍍膜后，將儀表顯示的行駛信息（速度、里程、油耗等）通過一套光學(xué)系統(tǒng)反射在正前方的擋風(fēng)玻璃上，從而方便駕駛員了解車輛行駛信怠。,憎水玻璃：在普通玻璃上涂一層硅有機化合物薄膜（憎水膜），憎水玻璃可以控制水滴在玻璃上的接觸角使雨水快速分散，改善司機在雨天的能見度。,防塵玻璃：車用防塵玻璃具有電離塵埃的功能，不論是地面塵土飛揚，還是空中飛沙走石，車窗玻璃始終可保持一塵不染，它也是越野爬山車的專用玻璃。,車用玻璃,太陽能反射膜玻璃：一種電子控制的玻璃，夏天它能濾去紫外線，只有陽光中的可見光能夠透人車內(nèi)，以保持車內(nèi)空氣涼爽，冬天它能將太陽能充分利用，使車內(nèi)溫度士曾加。,憎水玻璃：在普通玻璃上涂一層硅有機化合物薄膜（憎水膜），憎水玻璃可以控制水滴在玻璃上的接觸角使雨水快速分散，改善司機在雨天的能見度。,防塵玻璃：車用防塵玻璃具有電離塵埃的功能，不論是地面塵土飛揚，還是空中飛沙走石，車窗玻璃始終可保持一塵不染，它也是越野爬山車的專用玻璃。,車用玻璃,太陽能反射膜玻璃：一種電子控制的玻璃，夏天它能濾去紫外線，只有陽光中的可見光能夠透人車內(nèi)，以保持車內(nèi)空氣涼爽，冬天它能將太陽能充分利用，使車內(nèi)溫度士曾加。,粘接：基于這種玻璃的類型，可以利用聚氨酯密封膠將玻 璃直接固定到車身上。為改善車身和玻璃之間的粘結(jié)效 果，同時提高車窗開口部位的剛性與密封性，需在粘結(jié) 部位上涂以玻璃用底層和車身底涂層，這種玻璃安裝方 式具有安全方面的優(yōu)點，當(dāng)玻璃在受到?jīng)_擊時，不易偏 離原位，它的另一個優(yōu)點是，其反射表面效應(yīng)可以減少 風(fēng)噪聲。前車窗、后車窗（包括背門）以及角窗（不含 開啟關(guān)閉型）宜于采用此類粘結(jié)型玻璃。,車用玻璃的安裝,防風(fēng)密封條：固定于車身上的玻璃用防風(fēng)雨密封條包邊，防風(fēng)雨 密封條具有耐翹曲以及良好的耐氣候與耐溶劑性能。安 裝一塊玻璃時， 在接觸表面上涂以密封膠， 以防止灰塵、 水和噪聲進入，另外，還可防止車輛碰撞時玻璃掉落。 這種類型的玻璃大多用于商業(yè)車輛（如廂式車和皮卡車 型）的后車窗和側(cè)車窗。,車用玻璃的安裝,汽車用密封膠,汽車用密封膠密封膠粘接和密封汽車的雙重作用，是解決三漏的有效措施。密封膠在汽車生產(chǎn)中可簡化工藝，節(jié)省材料，增強構(gòu)件強度，尤其在防震隔熱、防腐、防銹、防漏、防松、降低噪音、減輕自重、舒適安全等方面有特殊作用，已成為現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中必不可少的材料。,汽車用密封膠,汽車用密封膠密封膠粘接和密封汽車的雙重作用，是解決三漏的有效措施。密封膠在汽車生產(chǎn)中可簡化工藝，節(jié)省材料，增強構(gòu)件強度，尤其在防震隔熱、防腐、防銹、防漏、防松、降低噪音、減輕自重、舒適安全等方面有特殊作用，已成為現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中必不可少的材料。,汽車用密封膠,汽車用密封膠密封膠粘接和密封汽車的雙重作用，是解決三漏的有效措施。密封膠在汽車生產(chǎn)中可簡化工藝，節(jié)省材料，增強構(gòu)件強度，尤其在