車身鋼板的選取技術(shù)

武萬(wàn)斌 年雪山 張園林

（北京汽車股份有限公司）

汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)涉及多方面因素的綜合工程設(shè)計(jì)問(wèn)題，各汽車公司對(duì)車身設(shè)計(jì)、碰撞受力及選用材料都非常重視，車身材料的選取是最基礎(chǔ)也是最核心的內(nèi)容，正確地選取材料，是當(dāng)今汽車公司的一項(xiàng)重要任務(wù)。熟練地掌握各種材料的強(qiáng)度及參數(shù)，有助于車身各個(gè)部位零件材料的選取，也是車身安全最重要的保障。為了能準(zhǔn)確地選取車身材料，文章論述了白車身設(shè)計(jì)的基本要求及白車身選材的基礎(chǔ)技術(shù)，為車身材料的設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。

1 車身設(shè)計(jì)的基本要求

現(xiàn)在多采用承載式車身，這使白車身靜剛度顯得尤為重要，它是整車高速行駛穩(wěn)定性的決定因素，也是車身設(shè)計(jì)和材料選型時(shí)整體考慮的重要環(huán)節(jié)。

1.1 車身強(qiáng)度及碰撞受力要求

轎車的主動(dòng)安全涉及底盤(pán)部件，而被動(dòng)安全則涉及車身部件。車身各部位應(yīng)做強(qiáng)度分析并進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材。碰撞時(shí)為使乘員不受傷害或少受傷害，把乘員艙做成高強(qiáng)度乘員艙是十分必要的，使其在碰撞時(shí)盡量不變形或減少凹陷，是保護(hù)乘員安全的重要措施，因此，選材時(shí)采用高強(qiáng)鋼板和超高強(qiáng)鋼板成為首選。

汽車正碰時(shí)，大部分動(dòng)能被發(fā)動(dòng)機(jī)艙、前縱梁、前圍板及前防撞梁吸收；側(cè)碰時(shí)，車身兩側(cè)沒(méi)有像前艙和后艙那樣的緩沖吸能部件，所以只能采取高強(qiáng)度鋼板來(lái)阻擋其高沖擊能量，此類零件有A柱、B柱、門(mén)檻、車門(mén)防撞梁、前地板橫梁及中地板后座椅橫梁等能量橫向傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)件。翻滾安全性構(gòu)件主要有頂篷橫梁和上邊梁，以此來(lái)減少對(duì)乘員的傷害。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要有壓潰變形區(qū)（吸能塊），吸能塊可在碰撞時(shí)吸收能量并通過(guò)剛性梁把碰撞后的剩余能量傳遞到整個(gè)車身，前后縱梁必須在規(guī)定的距離內(nèi)吸收全部碰撞的能量。這就要求車身鋼板在具有優(yōu)良成型性能的同時(shí)，還要具有較高的強(qiáng)度和碰撞時(shí)的吸能性。

1.2 輕量化要求

車身結(jié)構(gòu)要優(yōu)化，選用的材料也要優(yōu)化。用最廉價(jià)的材料滿足最低的工程要求，從而達(dá)到輕量化和提高車身剛度的目的。

汽車高速行駛試驗(yàn)證明，汽車材料的延伸性能越好，高速行駛時(shí)所消耗的能量就越小。采用高強(qiáng)鋼制造汽車零件，尤其是車身零件，不僅能提高輕量化水平，而且還能節(jié)能減排，其社會(huì)效益影響巨大。

為了適應(yīng)材料輕量化要求，一些新材料應(yīng)運(yùn)而生，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，同時(shí)傳統(tǒng)材料也得到了改進(jìn)和發(fā)展。占整車質(zhì)量20%～25%的白車身具有很大的減輕質(zhì)量的潛能，高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用對(duì)減輕車身質(zhì)量起著決定性作用。

2 車身選材

2.1 高強(qiáng)度鋼板的加工成型

隨著材料的高強(qiáng)度化，高強(qiáng)度車用板材與過(guò)去的冷軋深沖鋼板相比，沖壓成型時(shí)的回彈和彎曲開(kāi)裂問(wèn)題增多，使加工成型困難。為了獲得高精度和高強(qiáng)度的沖壓成型件，必須做好以下3項(xiàng)工作。

1）高強(qiáng)度鋼板的回彈量及失效的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)；

2）成型工藝過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)；

3）模具形狀、尺寸及角度的精確設(shè)計(jì)。

2.2 新材料的選用原則

一般來(lái)說(shuō)，工藝人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)選材時(shí)應(yīng)遵循以下原則。

1）設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)，要根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指數(shù)對(duì)部件的作用、受力、工作條件、工藝要求、國(guó)家法規(guī)及環(huán)保要求去選用材料。

2）改進(jìn)產(chǎn)品或仿制產(chǎn)品時(shí)，可在原產(chǎn)品或仿制品的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)方案，根據(jù)改制或仿制品的要求選用合適材料。

3）進(jìn)口產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化時(shí)，要對(duì)其樣品進(jìn)行分析和性能驗(yàn)證，選出與其性能相當(dāng)?shù)男虏牧希嫦蛟O(shè)計(jì)也要這樣做）。

4）改變工藝流程時(shí)，如原材料難于適應(yīng)新要求，應(yīng)變更材料。另外，在生產(chǎn)過(guò)程中，采用新材料、新工藝、新技術(shù)和降能耗、降成本都會(huì)涉及材料的變更問(wèn)題。

5）原材料供需出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，為確保生產(chǎn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可臨時(shí)選用替代材料或永久變更。因此，合理選用材料是保證產(chǎn)品使用性、工藝性及經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)。

國(guó)外大汽車公司實(shí)踐證明：開(kāi)發(fā)生產(chǎn)1款新車，開(kāi)發(fā)費(fèi)用的比例為：原材料53%，制造30%，研發(fā)5%，其他12%。由此可以看出，原材料的選擇直接決定了汽車的性能和經(jīng)濟(jì)性。

3 車身零件選材技術(shù)

通常，在選擇汽車鋼板材料時(shí)應(yīng)滿足以下要求，以體現(xiàn)“合適的材料用在合適的部位”的原則。

3.1 使用性能要求

使用性能是指汽車零件在服役條件下所表現(xiàn)出的力學(xué)、物理及化學(xué)性能。使用性能是選材時(shí)要考慮的最主要因素。不同的零件所要求的使用性能也不一樣，因此首要的任務(wù)就是準(zhǔn)確地判定零件所要求的使用性能。

3.2 沖壓工藝要求

根據(jù)零件形狀的不同，制造時(shí)將采用分離、成型、翻邊、彎曲及拉延等不同的沖壓工藝，而鋼板必須要滿足各種沖壓工藝要求，才能制造出合格的產(chǎn)品。

3.3 涂漆工藝要求

轎車的涂裝質(zhì)量直接影響轎車的外觀和產(chǎn)品檔次的提升，是用戶選購(gòu)轎車的重要關(guān)注點(diǎn)。涂裝質(zhì)量除了受涂裝材料本身的質(zhì)量影響外，鋼板的涂裝性能也是涂裝工藝不可忽視的因素。一般來(lái)講，影響涂裝性能的主要因素有鋼板表面狀態(tài)、鋼板清潔度及表面粗糙度，這些指數(shù)的好壞直接影響到油漆的附著力和外觀質(zhì)量，如表面粗糙度主要影響轎車表面的鮮映性。

3.4 強(qiáng)度等級(jí)要求

轎車車身部件主要有車身覆蓋件、內(nèi)板、蓋板、支撐件、加強(qiáng)件及防撞件等，根據(jù)每個(gè)具體零件的使用狀況、承受的荷載及車身部位的不同，對(duì)用材的要求也有很大差異。汽車用高強(qiáng)度材料主要向高性能、高強(qiáng)度方向發(fā)展，以進(jìn)一步滿足輕量化要求，提高抗沖擊性能，同時(shí)也進(jìn)一步提高工藝加工性能。圖1示出不同等級(jí)高強(qiáng)鋼板在車身上的應(yīng)用。

圖1 不同等級(jí)高強(qiáng)鋼板在車身上的應(yīng)用

高強(qiáng)度鋼板按照強(qiáng)度等級(jí)，分為以下7種：140～180 MPa，180～210 MPa，210～340 MPa，340～590 MPa，590～780 MPa，780～980 MPa及 980～1 180 MPa。具體開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的情況如下：

1）140～180 MPa的鋼板，主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩板；

2）180～210 MPa的鋼板，主要用于前地板面板和中后地板面板；

3）210～340 MPa的鋼板，主要用于左右輪罩和通風(fēng)蓋板；

4）340～590 MPa的鋼板，主要用于汽車保險(xiǎn)杠加強(qiáng)梁和前后縱梁；

5）590～780 MPa的熱軋鋼板，將越來(lái)越多地使用在加強(qiáng)梁等部件上，如：保險(xiǎn)杠加強(qiáng)梁、A柱、B柱及門(mén)框加強(qiáng)梁等；

6）780～980 MPa的鋼板，主要用于防撞零件，如車門(mén)防撞桿；

7）980～1180 MPa的鋼板,主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)支撐架。

車身材料的選用是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，如果選材錯(cuò)誤將付出很大代價(jià)，其后果往往需要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間才能顯露出來(lái)。因此，為了選用滿足要求的材料，必須及時(shí)地進(jìn)行材料性能測(cè)試和評(píng)估，除了測(cè)試和評(píng)估常規(guī)性能，還要對(duì)上述使用性能進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，隨后進(jìn)行道路試驗(yàn)，全部完成后才能正式批量生產(chǎn)。

4 結(jié)論

為滿足車身的基本要求，車身用材向著高強(qiáng)度、高性能方向發(fā)展，因此應(yīng)遵循“合適的材料用在合適的部位”的技術(shù)原則，可有效地避免車身選材失誤問(wèn)題，大幅提升車身輕量化。車身材料選取技術(shù)是汽車設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是材料技術(shù)提升的依據(jù)。