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钢板应该多厚? 车身安全在于结构设计-金属板材展-线材展-金属加工展-2015第十六届广州国际金属板材、棒材、线材及金属加工、配套设备展—全球三大金属展之一巨浪展览-THE 16th GUANGZHOU INTERNATIONALPLATEMETAL, BAR, WIRE, METAL PROCESSING & SETTING EQUIPMENT EXHIBITION
2014年9月12日  金属板材展-线材展-金属加工展-plate metal expo-wire expo
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当碰撞不可避免地发生时,我们求神拜佛是没有用的,只能依靠汽车的被动安全装置来保护自己。除了安全带、安全气囊等,车身结构才是最基础、最重要的。

车身是怎么制造出来的

车身制造的第一道工序是冲压。防锈钢板首先被送上开卷落料机,被裁剪成车身零件所需要的形状和尺寸。所有这些待冲压件在上线之前,都必须在清洗机里清洗掉油污和灰尘,然后冲压成型,这样才能保证焊接的可靠性。

冲压成型的零部件被送到焊装车间,以卡具定位后再用点焊机焊接成白车身,也就是没有喷漆的车身。一部中型车的白车身大约有三四千个焊点,一般都是利用机器人把车身的六大部件依次定位焊接成形,包括地板总成、左右侧围、顶盖、后搁板和仪表台上部。焊后的车体装上四个车门和发动机盖及后备箱盖,就变成了完整的白车身。

在这里,铜板的防锈性能是一个关键因素,有些车的车架可以有十年防腐能力,而有的车用不了几年就会生锈脱漆,或者穿孔变形。这与钢板的质量有很大关系,而且关系到厂家的生产成本,消费者只能在长期的使用当中去验证。

汽车钢板应该多厚

在很多人的概念当中,认为铜板越厚越好,其实并非如此。特别是为了降低油耗和生产成本,在现代汽车设计当中,车身钢板正在向薄的方向发展。上世纪80年代,普通汽车的钢板大都在1毫米以上,90年代缩减为0.8-1毫米,而如今大多在0.6-0.8毫米。但通过改进车身的结构设计,在使用薄的钢板后,车身刚度以及在碰撞时的保护能力并没有下降。

过去采用厚钢板还有一个目的是增加车身的自重,使驾驶平稳,而现在汽车多是通过降低重心来增加稳定性,显然后者更加合理。但很多豪华车及欧美车还是坚持大量采用0.8-1毫米厚钢板,目的是达到更高等级的防护能力。

另外,在车身的不同地方,会根据作用的不同使用厚度和强度不同的钢板。例如前后翼子板、车顶盖、车头盖等一些不需要很大受力的部位使用薄钢板,而一些承受力较大的部位则使用较厚的高强度钢板,譬如前后防撞横梁、左右纵向边框等。

车身安全在于结构设计

正如上面所说,钢板厚度不能最终决定车身的安全性能,它更主要取决于车身结构、碰撞吸能技术、焊接工艺等多种因素。出于对车内乘员的安全考虑,从力学研究的角度出发,是不应该把碰撞的巨大能量转嫁于乘员身上的。所以车身设计应该做到的就是:该柔软的地方柔软,该刚硬的地方刚硬。也就是让车体的前部在碰撞时吸收大部分能量,而让坚固的驾驶舱尽量减少变形以避免乘员受到挤压,这就是对能量守恒定律的应用。

安全性能高的车身,在前部设置有较空旷的碰撞变形区以及中强度的保险横杠。而像奔驰宝马沃尔沃这样的高档车,在固定保险横杠的两条纵梁里,内壁的钢板厚度是渐变的,越靠前越薄,越靠近驾驶舱越厚。这样在发生碰撞时,纵梁可以逐级线性变形,从而吸收大部分撞击能量。有的车型甚至不惜代价,将其设计成波纹管式,其实也是同样的道理。

另外,它们的发动机支脚也是采用铝合金材料,在发生碰撞后很容易断裂而下沉,保证其不会像炮弹一样冲入驾驶舱伤害乘客。包括转向柱以及刹车踏板等,在受到碰撞时要能及时断裂,这也是减少伤害的有效方法之一,否则它们容易对驾驶员的头、胸、腿等部位构成威胁。还有一些车在加强车身侧面防撞能力时,都会利用B柱的特殊设计,把能量分开导入车顶和车底可变形的钢制构架上,来缓解碰撞能量。但一些中级别以下的车,由于空间布局关系,很难做到这一点,多通过在两侧门夹层中间放置一两根非常坚固的防撞杆,来减轻侧门的变形程度。

激光焊接精度高

除了材料和结构设计会对车身安全产生影响之外,焊接工艺也是一个很重要的因素。现代汽车制造业普遍采用人工与机器焊接相配合的方法,人工主要焊接一些小的钣金件和机器不便操作的地方,而机器主要对车身大的钣金件、安全性要求比较高的地方进行焊接。

大约1O年前,德国汽车制造业开始使用激光焊接技术,就是利用偏光镜反射激光产生光束,使其集中在聚焦装置中,从而产生巨大能量的光线。如果工件靠近焦点,在几毫秒内就会熔化。相对于传统的焊接方法,这种工艺的优点是工件变形极小、焊缝的深度较广,而且不会因为传统的搭焊浪费原材料,强度也有所保证。实际上,激光焊接主要的优势还有一个,那就是加工的精度更高。因为在激光焊接中,光束焦点位置的控制最关键,只有焦点处于最佳位置范围内,才能获得最大的熔深和最好的焊缝形状,所以就要求夹具和零件的尺寸都要非常准确,从而生产出来的产品也会更加精密可靠。

普通的焊接原理其实就是将金属液化,然后冷却后溶为一起。汽车的车身是由上下左右四块钢板焊接而成的,普通的焊接都是点焊,通过一个一个的焊点把钢板连接到一起。

激光焊接则是利用激光的高温,将两块钢板内的分子结构打乱,分子重新排列使得两块钢板中的分子溶为一体。所以从物理学上讲,激光焊接是把两块钢板变成了一块钢板,因此相比普通焊接来说,拥有更高的强度。

现在很多高档车型均采用激光焊接车身,而在中低档车上用的不多。

侧门防撞梁

侧门防撞梁(杆),也叫车门防撞梁(杆),其英文为Side Impact Beam, Door Beam等,是指在车门内部结构中加上横梁(从外面并看不到),用以加强车辆侧面的结构,进而提高侧面撞击时的防撞抵抗力,以提升侧面的安全。基于侧面撞击的概率,消费者在选购车子的时候,一定把防侧撞钢梁这一项重要的安全配置考虑进去。

据调查,在所有车的碰撞模式中,侧面碰撞占到1/3左右。因此,如何保护驾驶者在侧面撞击时的安全显得尤为重要。车门防撞作为一种额外吸能保护,可以降低乘员可能遭受的来自外部的力量。

事实证明,车门防撞梁在车辆撞击固定物体(比如树木)时的保护效果非常明显。依据美国国家公路交通安全管理局NHTSA发布的数据,车门防撞梁在2002年拯救了994名事故受害者。 车门防撞梁的形状:一般分为管状和帽形两种;日韩车常用管状车门防撞梁(一般情况下两端有支架,用于连接固定防撞梁与车门,而欧美车常用门帽形防撞梁(一般是直接焊接在车门上);管状防撞梁主要是圆管,也是矩形管、梅花形管、椭圆形管等当然,这要综合考虑许多因素,如车门内部空间;而帽形防撞梁主要有单帽形状(U形)和双帽形状(m形); 车门防撞梁的布置方式:最常见的是对角线布置方式,也有垂直布置的。

车门防撞梁的吸能效果主要与以下几个因素有关:

1、结构设计;这是最重要的一点,一般来说,帽形防撞梁的吸能效果比管状防撞梁好;另外,双帽形结构一般比单帽结构要好;当然,还有帽形结构的高度,与A/B/C柱、车门槛等的匹配等都至关重要;

2、材料的强度;人们通常以为里面的管子是普通水管之类的,其实不然;一般日韩车中所用的管子抗拉强度高达1400-1600MPA(目前有些国内品牌车是用的较为普通的管子),是普通管子强度的4倍以上,其吸能效果是普通管子的2倍以上;而欧美车中常见的帽形防撞梁的抗拉强度一般也达到1400MPA;

3、材料的厚度;当然是材料越厚,吸能效果越好(不考虑与A/B/C柱、车门槛的匹配),吸能效果与材料的厚度成正比;

速度可以毁灭一切

上面说了很多先进的技术,不过任何事情都是有限度的,如果车速过快,再安全的汽车也难以保全性命。在NCAP碰撞试验中,正面碰撞的速度也只有64公里/小时。而按照理论计算,速度增加一倍,汽车的能量会以平方的关系递增。也就是说,在128公里/小时的车速下,车辆的动能会增加至原来的4倍,如果在这种情况下还能够确保乘客的安全,那汽车的生产成本可就要增加N倍了。所以,即使是我们看好的欧洲车,也不要指望全速行驶发生碰撞时还能苟活。技术的进步只能降低事故发生的机率以及减小伤害的程度,而真正的安全还要靠自己来掌握。


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