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第3章 模块一车身钣金基础(3)

内外板组合后用环氧树脂胶粘接,粘接时需在咬合模中进行两次咬合。第一次咬合,将外板翻边45°;第二次咬合,将翻边咬死。也有的内外板用点焊连接。

为了吸振和减少噪声,在内板筋条翻边处与外板内表面还留有2~5mm间隙,将吸振、隔音填料充入其内。

前翼子板是轿车前部的大型盖件之一,其表面形状与车身侧面造型协调一致,是车身侧面外表的一部分。前翼子板一般由0.6~0.8mm厚高强度钢板拉延成型。其外表形状由车身造型确定,周围边界的形状,前部取决于灯具的形式和布置,后部取决于前部和后部覆盖件的形状,上部取决于发动机罩的尺寸和布置,下部与车轮相配合。前翼子板前端大多是用螺钉与车身壳体相连接,后端通过中间板和前围支柱连接,前端和散热器框延长部分及灯具相连接,侧面与挡泥板连接,左、右前翼子板间也有联板。

(3)FF车辆侧车身结构(车身中部)。图227为过去由数片钢板焊成的侧车身,图228是最近几年做成整体式的侧车身,与旧式相比,多项性能得到提高。

侧车身与前车身和车顶钢板结合而形成乘坐空间。在行驶中这些钢板分散来自下车身的负荷到车辆上侧并且防止左右两侧弯曲。此外,侧车身也提供了车门支撑以及万一车辆倾覆时,维持乘坐空间的完整性。因此,为增加刚性,将外板、加强梁和内板组合成一个箱形结构。

轿车顶盖是轮廓尺寸较大的大型覆盖件,其作用不只是遮风避雨,提高零件的刚性也是至关重要的,轿车翻车时可起到保护乘员安全的作用,如图229所示。

车门(图230)包含了外板、内板、加强梁、侧防撞钢梁和门框。其中内板、加强梁和侧防撞钢梁以点焊结合在一起,而内板和外板通常是以摺边连接。另外,车门窗框通常是由点焊和铜焊结合而成,车门形式大致分为:窗框车门、冲压成形车门和无窗框车门三种。

(4)FF车辆后车身。轿车车身后部是指乘客室后侧用于放置行李、物品的那一部分(图231)。三厢式车有与乘客室分开的行李舱,而两厢式车的行李舱则与乘客室相通合为一体。主要有后翼子板、后窗柱、后门槛、后侧梁及其后部覆盖件。

行李厢盖由上、下外板及内板组成,如图132所示,安装形式如图133所示,上外板的形状取决于车身整体造型,它与后翼子板(即后侧围板)形成车身尾部的上表面和左、右侧表面。下外板与后保险杠、后车灯具组成车身后端面外表,同车身的“脸部”一样,与整车造型协调一致,体现造型特色。内板形状复杂,有纵向、横向、交叉和环状筋条,以增加其刚度。

后翼子板是车身后部侧面的外表,它与后侧围内板连接或后舱加连接(两厢式)。

(5)FF车辆下车身结构:

a.前下车身。前下车身是由前侧梁、前横梁、转向机齿轮箱支撑梁(有的车型没有)等加强梁所构成,以确保足够的强度和刚性。前侧梁与车底板加强梁及主车底板侧梁相连接,以利于撞击时能将撞击力分散至车身的各个部位。

发动机的支撑形式不一样,前侧梁的构造有差异,下面以丰田车系的典型车型为例进行介绍。

LEXUSES300—VCV10系列(副梁式)由于没有转向机齿轮箱支撑梁,故前侧梁是直接焊接于主车底板侧梁和下加强梁上。为了确保接合区域的刚性,此种方式的点焊点数有67点。

COROLLA—AE100系列(中间梁式)因前侧梁和转向机齿轮箱支撑梁连接在一起,而转向机齿轮箱支撑梁又和左右主车底板侧梁连接在一起,所以前侧梁和车门槛板也有效地连接。点焊点数约40点。

TERCEL—EL40系列(直接固定式)的形式类似中间梁式,前侧梁连接于转向机齿轮箱支撑梁上。其点焊焊点约34点。

b.中部下车身。中部下车身由主车底板侧梁、前车底板下加强梁、车底板横梁、前车底板所组成。主车底板侧梁使用高强度钢板,位于乘客舱两侧下端,又称为车门槛板内板。车底板下加强梁和车底板横梁使用加强件来增强车底板强度和中部下车身的刚性。

FF和FR车辆中部下车身的最大差别在于车底板拱起的高度。因为没有后轮驱动组件,所以FF车辆所需要车底板拱起空间没有FR车辆大,因此,能够提供较大的腿部活动空间。

c.后下车身。后下车身由后车底板侧梁、后车底板横梁、后车底板所组成,如图2—40所示。因为FF车辆燃油箱放置于后座的下方,所以可降低后车底板,而提供既宽敞又深的行李厢空间。当发生后方撞击事故时,大部分的撞击力就可由后行李厢空间吸收。因此后车底板侧梁的后段都经过波纹加工,以提高吸收撞击的效果。后车底板侧梁的后断和后车底板侧梁是分开的,以提高车身维修时的更换作业。

(3)前置发动机后轮驱动(FR)轿车车身结构

FR是指前置发动机后轮驱动的汽车,发动机放置在车辆的前方,并且经过传动轴驱动后轮的车辆。典型结构如图2—6所示,广泛使用于大型车辆上。

(1)FR车辆的前车身结构。前车身由发动机罩、前翼子板(由螺栓固定)以及水箱上支架、前横梁、前侧梁、前翼子板隔板(挡泥板)、下隔板、前罩板(全部由点焊焊接固定)组成。前侧梁等梁件通过有效分配加强板位置的方法,提高其刚性,另外前悬架横梁使用螺性固定于前侧梁上,同样能提高前车身的刚性。

(2)下车身结构。典型的下车身结构。

a.前侧下车身。前侧下车身由加强梁组成:如前侧梁、前横梁,以确保前侧下车身具有足够的强度与刚性。

前侧梁有一部分由车底板、侧梁车底板下加强梁等加强梁连接。由于车身底部前段的前侧梁和前横梁直接影响车轮的定位,所以它们由高强度钢制造并形成箱形截面,为防止迎面碰撞时乘坐室的损毁,前侧梁均为上弯式,在碰撞时所有构件将弯曲并吸收能量。

近几年,车身为了达到高刚性、安全性、减轻重量的目的,已采用新的钢板结构。有些车型前横梁已由坚固的箱形断面式变成较轻的u形断面式。前端借由保险杠加强梁而提高刚性。前侧梁的支撑梁已经从车底板横梁变成扭力箱,这样增加了接触面积,大大改进了钢板的刚性并能有效地分散撞击时的撞击力。

b.中部下车身。FR车辆中部下车身和FF车辆结构基本一致,只是FR车辆因为变速器纵向放置,并且有传动轴传递动力至后方,故需要较大的车底拱起空间,因此,FR车辆不能提供像FF车辆一样大的腿部活动空间,综上原因,FR车型一般适用于大中型具有较大车身的轿车上。

c.后侧下车身。后侧下车身包含后车底板侧梁、后车底板横梁、后车底板。后车底板侧梁给后车身提供足够强度,同时后悬架亦安装于此。

当燃油箱固定于后椅背后面(脊背式),后车底板侧梁后断的设计必须容易折损,因此发生后部碰撞时,撞击力便可有效地由行李厢空间吸收。另外后车底板侧梁后段和后底板侧梁是分开的,以提高车身维修时的更换作业。

车身底部的后侧梁从后排座下边延伸到接近后桥,在那里形成一个大的上弯结构并延伸到后地板,此结构像前梁一样可以吸收后端碰撞时的能量。

当燃油箱固定于车底板下侧(悬浮式),后车底板侧梁后半部具有强韧而不易弯曲的特性,不过在弯角区域(向上弯曲)设计成较容易折损,如此当发生后方碰撞时可保护燃油箱。

FR车辆的边车身以及外部覆盖件与FF车辆类似,此处不再叙述。

二、车身金属材料

1.金属材料的性能

在进行车身维修时,充分了解金属材料的性能,尤其是机械性能(也称力学性能),才能对车身损伤作出正确的诊断和制定合理的钣金维修方案。

金属材料的性能分为两类:使用性能和工艺性能。使用性能是金属材料在使用过程中表现出来的性能,包括物理性能、化学性能和力学性能;工艺性能是指金属材料在制造加工过程中表现出来的特性,它决定了金属材料在被制造和加工时的难易程度,包括铸造性能、锻压性能、焊接性能和切削加工性能。

金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性和耐磨性。

金属材料的化学性能主要有耐酸性、耐碱性和抗氧化性。金属的抗氧化性是一个很重要的性能,某些金属在被空气氧化之后,其氧化膜可以保护薄膜下的金属不再被氧化,如铝;而另外一些金属在被空气氧化之后其氧化膜不能对金属起到保护作用,金属会继续和空气发生反应直至金属被完全氧化,车身上钢板的锈蚀就是这种情况。在车身维修中,必须了解相关金属材料的抗氧化性能,以便采取必要的措施提高车身的防锈能力,保证维修后的车辆在一段较长的时间内不会锈蚀。

对车身维修有较大影响的主要是钢材的力学性能,有三种:弹性、塑性、加工硬化。

(1)弹性

弹性变形是金属受到外力后能够恢复到原来形状的能力。例如,对发动机罩缓慢地施加一定的压力使它略微凹陷,当外力消失后,它将会恢复到原来的形状。由此可见金属具有恢复到原来形状的弹性倾向。

金属的弹性有一定的范围,若应力超过此限制范围,金属就会失去弹性而产生永久变形。如弯曲的金属板将其所加的外力除去后而不能完全地回复原状态,这是超过了弹性极限。

平直钢板;b)施予弯曲力;c)除去弯曲力时反弹力的作用使金属板回复原状;作用力超过弹性极限时则产生永久变形在进行车身的修理校正操作时,可以利用金属的弹性变形性质。大多数的车身损伤都以弹性变形的形式存在,它们的变形量主要是受到塑性变形部位的限制,当塑性变形部位的变形量消除后,邻近的弹性变形部位将会回弹到原来的形状。因此在进行车身维修时要分辨哪些部位是塑性变形,哪些部位是由于受到塑性变形的禁锢而产生的弹性变形。对于弹性变形部位不应进行过多的校正,应当首先对塑性变形的部位进行复位校正,促使大部分的弹性变形回弹。

(2)塑性

金属大都具有可塑性,在车身制造中,多利用金属材料的塑性将板材加工成各种形状以满足安全上和结构上的要求。在车身修理过程中,也是利用钢板的可塑性对板材进行矫正或复位的。

塑性可分为延性及展性两种:延性可使金属拉成细丝;展性可使金属展成薄片。即在超过弹性极限的外力作用下屈服而产生永久变形。如图2—49所示为金属的拉伸特性曲线。图中A点称为弹性极限,如果施加的载荷低于犃点,当载荷去除后变形将随之消失,金属恢复原来的形状,这就是弹性变形。当载荷超过犃点后,即使载荷消除,金属的变形也会保留下来,除少许回弹外,金属不能恢复到原来的形状而产生塑性变形。例如,图中从P点取消载荷,金属板的延伸量将返回到犈点,但永久保持变形量0E。图中的C点为该种金属的抗拉强度极限,当载荷高于C点时,金属将迅速产生塑性变形直至断裂,图中的犇点为金属的断裂载荷点,可以看出,当金属受到的载荷超过抗拉强度极限时,再能够承受的力已经非常小了。

当车辆在碰撞过程中受到损伤时,有些部位所承受的应力超过其弹性极限而产生了永久的塑性变形,但其周围的大部分金属只是处于弹性变形状态,由于受到塑性变形的限制而无法回弹。因此,钣金修理的重点应放在塑性变形部位。

(3)加工硬化

金属受到大于其弹性极限的力的作用而产生塑性变形后,虽然外力去除了,但由于金属晶粒的变形会在其内部产生很大的残留应力。残留应力会使金属塑性变形部位的硬度提高,屈服强度(刚度)加大。这种由于金属晶粒畸变而造成的刚度增加现象称为加工硬化。

加工硬化作用的实例是将平钢板折曲,再将其折回时则留下当初折曲部分的形状,也会在其最初折曲部位的两端产生两处新的折曲。这就是钢板的折曲处形成的加工硬化,其结果是使加工硬化部位的强度高于折曲处以外的部分,如图2—50所示。

加工硬化一方面提高了金属变形部位的刚度,车身板件和构件多以冲压的方式给金属板冲成一定的形状来加强其刚度;但另一方面也使金属的抗拉强度降低,尤其是如果反复加工塑性变形部位,会加速金属的疲劳而产生断裂。在车身钣金维修中必须强调加工硬化作用的重要性,因为它实际上就是造成金属损毁的原因。

未受损伤时的车身板件都有不同程度的加工硬化,碰撞造成的损伤又加重了加工硬化程度,使板件校正工作困难重重。而对损伤部位的钣金操作更会加重硬化程度,不适当的操作甚至会造成金属的疲劳而产生破坏。因此在进行车身维修校正工作时一定要注意,要将维修造成的二次损伤控制在最小的范围内,不可造成人为损失。

虽然金属在进行冷加工时会产生加工硬化,给车身的修理带来很大的困难,但以加热的方式来成形(弯曲、伸张或压缩)时会变得比较容易。加热可以促进金属晶粒的重新排列,从而消除部分残余应力。将普通低碳钢板加热到650°C左右后让其慢慢冷却,即可使其加工性得到一定程度的恢复。在对已经加工硬化了的金属板件进行加热操作时,一定要注意所加工的金属的特性,严格控制加热温度和时间,对于不能加热的金属或允许加热温度低于650C的金属材料,不能用加热的方法恢复其加工性能,否则将会严重影响其强度,造成更大的损失,得不偿失。

(4)热量转换与热变性

传给钢板的热量有三种转换形式:氧化皮(受热钢板表面的薄氧化层);转换到分子结构;膨胀和收缩。因焊接加工以及磨削加工的摩擦发热时,均会导致钢板发生上述变化。随着钢板所受热量的不断增加,钢板颜色将会变化,直至达到熔点1500C。

随着钢板被加热,其塑性越来越高,但当钢板温度超过某一点时,即发生材料或硬化脆性变化。因此钢板加工时,应查看相关维修手册,温度不得超过规定值。

1.金属板的强化

各种尺寸和形状的车身零部件都是由平整的钢板冲压成形的。平整的钢板抵抗变形的能力是较低的,而一旦被冲压成不同的形状,其抵抗变形的能力得到了明显的提高。这种通过改变金属板件的形状来提高其强度和刚度的方法称为板件的强化。通常的强化方法有:

(1)隆起。将金属板件冲压成弯曲隆起的形状。这种形状的板件比平整的板件可以抵抗更大的弯曲力。

(2)翻边。最常见的如直角折边。对于大面积的车身板件,通过折边明显可以提高板件的刚性。

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