微型汽车背门外板设计

微型汽车背门外板设计

燕 山

学

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大

摘要

车门是车身结构中一个较复杂的总成, 熟悉车门结构的功能要求、结构特点和较常见的结构处理方法是车门结构设计的基础，另外，在具体的结构设计过程中正确的方法、步骤是实现合理设计的关键, 如车门总体结构的确定、附件的布置、结构的统一协调和强度、刚度、可靠性等方面都有一定的规律和要求。

由于车门为大面积覆盖件，需要用整体冲压进行加工，以保证车门结构的完整性，同时在车门内外板之间添加加强梁保证车门刚度。本课题通过使用CATIA软件对车门进行3D建模设计，再制定模型冲压工艺路线，最终完成车门外板设计。

关键词 车门；结构；设计

Abstract

Car body door is a more complex assembly in the body structure. Structural function requirement, specialty of structure and general handing method of structure are the basis of body door structure design. In the course of door structural design, correct method and procedure are the key points to realize rational design, such as determination of door structure outlay, arrangement of accessories, motion verification and also others as overall coordination of structure, strength, rigidity, reliability etc, all have definite rule and demand.

As the door to a large area covering parts, need to process the whole press to ensure the integrity of the door structure, while in the door between the inside and outside panels to add rigidity to enhance beam to ensure the door. This issue through the use of CATIA 3D modeling software to design the door, and then stamping process to develop model route, finally completing the journey outside the board design.

Keywords Car door; Structure; Design

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目

录

摘要 ............................................................................................................. II Abstract ........................................................................................................ II 第1章 绪论 ................................................................................................ 1 1.1 课题背景 .......................................................................................... 1 1.2 汽车车身设计发展现状 .................................................................. 3 1.2.1 国外主要国家汽车车身设计发展情况 .................................. 3 1.2.2 我国汽车车身设计发展情况 .................................................. 4 1.3 目前微型汽车面临的主要问题 ...................................................... 5 1.4 汽车车身发展趋势 .......................................................................... 5 1.5 主要内容 .......................................................................................... 6 第2章 车身结构与设计 .......................................................................... 7 2.1 汽车车身 .......................................................................................... 7 2.1.1 车身简介 ....................................................................................... 7 2.1.2 车身结构及内外饰 ....................................................................... 7 2.2 车门类型及功能要求 ...................................................................... 9 2.2.1 车门的种类 ................................................................................... 9 2.2.2 车门的结构 .............................................................................. 11 2.2.3 车门的功能 ................................................................................. 12 2.2.4 车门内的加强结构 ..................................................................... 13 2.3 本章小结 ........................................................................................ 14 第3章 CATIA建模 .............................................................................. 15 3.1 CATIA简介 .................................................................................. 15 3.2 模型分析 ........................................................................................ 16 3.3 CATIA建模 .................................................................................. 16 3.4 本章小结 ........................................................................................ 20 第4章 冲压工艺制定 ........................................................................... 21 4.1 汽车覆盖件拉深成型原则 ............................................................ 21 4.2 汽车表面覆盖件拉深特点 ............................................................ 22 4.3 背门拉深工艺 ................................................................................ 23

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4.4 工艺方案制定 ............................................................................................ 24 4.4.1 冲压工艺 ................................................................................. 24 4.4.2 冲压工序 ................................................................................. 27 4.5 本章小结 ..................................................................................................... 29 结论 ............................................................................................................ 31 参考文献 .................................................................................................... 32 致谢 ............................................................................................................ 33 附录1开题报告 ........................................................... 错误!未定义书签。 附录2文献综述 ........................................................................................ 41 附录3外文翻译 ........................................................................................ 63

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章1章 绪论

第1章 绪论

1.1 课题背景

汽车车身是汽车的重要组成部分，是整车零件的载体，它的质量和制造成本都占到整车的40%到60%以上。 车身设计在汽车设计中，占有极其重要的位置。在各大总成中，除发动机外，车身设计的工作量最大，最复杂，周期最长。车身作为轿车、载货车和大客车整车中的重要部分,是汽车上乘人和载货的容器,作为承载乘客的车身要求具有舒适性和安全性。近几年来，我国已经将汽车工业作为一项支柱产业进行发展，是我国的汽车产业有了一个蓬勃发展的春天[1]。

车身是一个品牌的标志和象征，它代表着汽车开发的水平，在汽车开发中占有主体地位。国外汽车企业在车身开发、制造方面广泛采用最先进的设计制造技术进行全新开发和超前开发，使得车身的开发周期越来越短，创新的车型越来越多。

由于车身总成占这些车型整车总质量和成本的一半左右，并代表了公司产品的品牌形象，加之对其投资的巨大，各集团公司均把车身开发放在整车开发的首要位置[2]。车身开发周期的长短是决定整车竞争力的大小和成本高低的关键因素。国际领先汽车集团均开发和研究的方法、先进设计与制造技术在满足汽车一般的性能要求之外，近年来特别强调要满足轻量化、防碰撞、低成本和回收再利用等社会方面的要求。同时随着能源危机的进一步深化,小型化、轻量化的汽车相继产生,又由于高速公路的建设,车速迅速提高,为减小风阻，对车身的设计工作又提出了更高的要求，同时高速带来的安全问题，在发生撞车事故时如何保证生存空间问题及车内软化问题也也引起了极大的重视[3]。

汽车工业作为资金和技术密集的支柱产业之一，充分将信息技术和传统制造技术相结合，展现了现代设计、先进制造工艺和设备、制造业自动化、系统管理、综合集成等现代化先进制造技术。因此各个汽车厂家都围绕这安全、环保和节能三个重点在新成型审计制造中采用新能源、新材料、新工艺技术进行开发，并将这作为现代汽车生产企业的技术发展方向和重点。覆盖

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件成形工艺直接决定着产品能否成形和成形质量，而从车身的设计到产品投产，模具设计与制造约占2/3的时间，这成为新车型快速上这成为新车型快速上市的重要环节[4]。汽车车身技术已经成为汽车竞争的关键砝码，车身技术发展状况足以反映出一个国家的汽车工业水平。要是我国汽车产业赶超世界先进水平，关键是提高车身制造技术。

基于国内市场竞争和国外汽车进入中国市场的压力进一步增大，在大多数汽车生产企业都将精力投放在轿车上时我国一些汽车厂家，如：通用五菱、长安、哈飞、昌河、一汽佳宝等厂家都加大了对微型汽车的关注，并且都加大了对新车型的开发研究。许多厂家都引进先进的软件生产技术对开发的产品进行设计，并且采用计算机软件仿真系统对产品进行碰撞等仿真实验，从而缩短了新产品的开发时间[5]。

节能、环保、安全、舒适和智能化是当今世界汽车技术发展的总趋势[6]。其中，汽车的轻量化是节能的重要措施。减轻汽车质量对于将低油耗，节约能源，减少排放，都有现实和长远的战略意义[7]。研究表明，减轻汽车质量的重要途径，要减轻车重，除了优化结构外，新型材料(高强度钢板、铝镁合金板、激光拼焊板)的应用成为最主要的方法。目前高强度钢和超高强度钢的大量应用是汽车工业的发展趋势。激光拼焊成形也是汽车轻量化的关键技术。

日本丰田汽车公司将拼焊板用于内覆盖件以改善板料的成形性和覆盖件的整体性，用于外覆盖件以改善车身的外观和装配精度，用于骨架件以改善车身的防撞性和减轻车身重量。美国的三大汽车公司将拼焊板主要用于门内板、侧围、立柱、横梁等零件，在门内板中应用比例高达40%。实践证明采用拼焊板技术可减少零件数量66%，材料利用率由40%增加到65%。随着刚强度材料的大量使用和激光焊接技术的使用，对提高车身各组件的稳定性和使用性有很大帮助。并且伴随着新技术手段和制造材料的运用，更多新的加工工艺流程诞生，这有利于解决之前传统制造工艺中的缺陷和不足。为新型产品的研发提供了更多可行依据。

除了上述先进的车身制造技术外，已经形成商品化的成形分析CAE软件和立体建模软件CAD，也得到了许多工业部门的重视和应用，美国的通

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章1章 绪论

用、福特、德国的大众、奔驰、日本的丰田、日产等大型汽车制造公司，都已开始应用板料成形分析CAE软件指导板料成形件的开发和生产，产生了很好的经济效益。随着我国汽车、飞机等工业的发展，成形分析CAE软件和立体建模软件CAD在我国的应用越来越广泛[8]。

1.2 汽车车身设计发展现状

1.2.1 国外主要国家汽车车身设计发展情况

世界各国著名的汽车厂商都在加紧研制各类微型汽车，并且取得了一定程度的进展和突破。

20世纪90年代以来 ,在外形上，国外轿车车身以高流线型、大圆角的造型居多。两厢式或三厢式轿车的厢与厢之间 ,多用圆滑流畅的曲线过渡。有些车型采用了整体流线型与局部棱角型相结合的设计方法。这种圆滑、飘逸型的造型风格已博得广大消费者的理解和喜爱，并成为今天的车身造型主流。

据统计，轿车自重每减少10%,燃油消耗可降低6%~8%，出于对环保、能源和汽车安全性等问题的考虑，汽车轻量化成为国内外汽车工业发展的主要目标。要减轻车重，除了优化结构外，轻质板材的应用是未来汽车轻量化的重要方向。目前超深冲IF(无间隙原子钢Interstitial Free Steel) 钢取得重大进展和成果, 根据前人对钢板的大量研究，当前车身用新型钢板主要有:冷轧钢板、高强度钢板、表面处理钢板、高强度拼焊钢板、夹层钢板、不锈钢板等。而从保证车身碰撞安全性的角度来看,高强度钢的用量将直接决定车身轻量化的水平[9]。

德国奥迪汽车公司与Alcoa铝业公司联合开发的奥迪A8轿车，其车身采用全铝空间框架，由挤压成形中空构件组成，这种全新的结构—奥迪承载构架，降低车身质量约40%，使车身强度、刚度增加，且具有吸能作用，这种车身将成为轿车车身的发展方向。激光拼焊成形也是汽车轻量化的关键技术,激光拼焊板最显著的优点是减少了零件数量和材料消耗,降低了整车重量,简化了装配工艺,因而得到了越来越广泛的应用。近年来该项技术在全球新型钢制车身设计和制造上获得了日益广泛的应用。目前,世界知名汽车制造商

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奔驰、宝马、通用等相继在车身中采用了激光拼焊板技术。

1.2.2 我国汽车车身设计发展情况

与世界其他国家一样。微型汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着：“十五”期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑。通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关，加紧对微型汽车的研发，提高我国微型汽车发展水平。

基于国内市场竞争和国外汽车进入中国市场的压力进一步增大，在大多数汽车生产企业都将精力投放在轿车上时我国一些汽车厂家，如：通用五菱、长安、哈飞、昌河、一汽佳宝等厂家都加大了对微型汽车的关注，并且都加大了对新车型的开发研究。许多厂家都引进先进的软件生产技术对开发的产品进行设计，并且采用计算机软件仿真系统对产品进行碰撞等仿真实验，从而缩短了新产品的开发开发时间[10]。

节能、环保、安全、舒适和智能化是当今世界汽车技术发展的总趋势。其中，汽车的轻量化是节能的重要措施。减轻汽车质量对于将低油耗，节约能源，减少排放，都有现实和长远的战略意义。研究表明，减轻汽车质量的重要途径，要减轻车重，除了优化结构外，新型材料(高强度钢板、铝镁合金板、激光拼焊板)的应用成为最主要的方法。目前高强度钢和超高强度钢的大量应用是汽车工业的发展趋势。激光拼焊成形也是汽车轻量化的关键技术[11]。

近年来我国设计的新型微型汽车大多采用电——液混合驱动方案，在整车操控性能、行驶性能、安全性能、燃料利用率等方面均已得到较大提高。2004年5月在北京召开的世界氢能大会上，我国自主研发的混合动力轿车和客车样车与世界领先的奔驰公司样车同堂展示，引起了世界的惊赞。

而车门作为汽车车身覆盖件中的重要组成部分，对汽车整体机构上的完整性有重要意义，随着汽车车身设计的不断翻新，新型的车门结构也层出不穷，如上翻式车门较传统的旋转式车门相比更具新意，并且符合现代新型汽车的要求。

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章1章 绪论

1.3 目前微型汽车面临的主要问题1 国产微型车除存在质量不稳定外，整车技术性能和基本结构方面的一些薄弱环节日渐显露，急需改进。

由于汽车生产过程中加工工艺的影响使得许多汽车的平部件存在问题，这使得现在很多汽车生产厂家生产的产品不能满足汽车行驶需求。近年来，汽车设计软件发展迅速，但是由于国内的汽车生产厂家对汽车设计软件引进的比较晚，没有足够的经验，导致在零部件设计和汽车整体布置上存在着一定的缺陷。使得国产汽车的生产研发周期较长。这在很大程度上影响了汽车的发展速度。

车身作为汽车生产中的大型覆盖部件，焊接技术在其生产中大量的应用。而我国多数汽车生产厂家采用传统的焊接手段，由于焊点的实际数量较多且位置不连续，为了保证实际焊点位置和节点位置相对应，就需要细化局部网格，这样使得建模和计算的工作量大大增加，且焊点位置也很难保证。

此外，国产几种微型车由于底板结构单薄，本体下部太轻，整车质心偏高（大发厢式车为620mm，长安厢式车为615mm），高顶车尤其显著，同时轮距、轴距偏小等原因，整车行驶稳定性较差。高速行驶时，在5级以上风速、较滑路面条件下，出现车体漂移，不走直线；应急制动时，易出现前翻和原地打转；急转弯时发生倒翻等现象[12]。

1.4 汽车车身发展趋势

在未来汽车车身整个开发过程中，将全面采用车身虚拟开发技术。采用虚拟开发技术，可以省却许多费时耗工的实体样车制造和试验过程，及早发现解决样车性能和生产工艺过程中的问题。它在降低成本、缩短开发周期、提高开发质量方面具有极大的优势和潜力，是汽车工业竞争取胜的关键术。

随着人们对汽车环保、节能、安全和舒适的要求逐渐增高，在汽车车身设计制造中使用高强度材料已经成为当今微型汽车发展的一个重要的方面。使用高强度轻型材料可以在满足汽车安全性能时减轻汽车总重量，从而使汽车更加的节能，保证微型汽车能在当今能源危机的情况下得到更好的生存空

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间。也能够满足更多的消费者的需要[13]。

最后，除了研究上述整车碰撞标准、车身轻量化、车身模态和刚度等关键技术外，还关注整车生产中的冲压、焊接、装配和性能等技术向汽车产品开发的优化，从而降低汽车产品开发的成本。

1.5 主要内容

随着科技的发展，人们对汽车环保、节能、安全和舒适要求的提高，使得汽车跟新换代的速度越来越快。汽车中包含的科技含量越来越高，这使得包括CATIA、UG等工程制图软件在汽车设计和仿真中广泛应用，并且在汽车制造中应用了更多的新型制造加工工艺。

以下为完成老师指定的课题设计任务的设计思路及其过程:

(1)查找有关车身和车门设计的结构资料，了解车身和车门设计的原则方法。

(2)分析给定的车门模型，测量各部分车存数据，并根据已得到的数据进行3D建模处理。

(3)制定合理的冲压工艺路线，对模型的每一步冲压工序进行分析，从而得到正确的冲压工艺方案。

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章2章 车身结构与设计

第2章 车身结构与设计

2.1 汽车车身

2.1.1 车身简介

汽车车身包括车窗、车门、驾驶舱、乘客舱、发动机舱和行李舱等。车身的造型有厢型、鱼型、船型、流线型及楔型等几种，结构形式分单厢、两厢和三厢等类型。车身造型结构是汽车的形体语言，其设计好坏将直接影响到汽车的性能。

汽车车身既是驾驶员的工作场所，也是容纳乘客和货物的场所。 车身应对驾驶员提供便利的工作条件，对乘员提供舒适的乘坐条件，保护他们免受汽车行驶时的振动、噪声，废气的侵袭以及外界恶劣气候的影响，并保证完好无损地运载货物且装卸方便。汽车车身上的一些结构措施和设备还有助于安全行车和减轻事故的后果。

车身应保证汽车具有合理的外部形状，在汽车行驶时能有效地引导周围的气流，以减少空气阻力和燃料消耗。此外，车身还应有助于提高汽车 行驶稳定性和改善发动机的冷却条件，并保证车身内部良好的通风。汽车车身是一件精致的综合艺术品，应以其明晰的雕塑形体、优雅的装饰件和内部覆饰材料以及悦目的色彩使人获得美的感受，点缀人们的生活环境。

为保证行车安全，在现代汽车上广泛采用对乘员施加约束的安全带、头枕、气囊以及汽车碰撞时防止乘员受伤的各种缓冲和包垫装置。按照运载货物的不同种类，货车车箱可以是普通栏板式结构、平台式结构、倾卸式结构、闭式车箱、气、液罐以及运输散粒货物(谷物、粉状物 等)所采用的气力吹卸专用容罐或者是适于公路、铁路、水路、航空联运和国际联运的各种标准规格的集装箱。

2.1.2 车身结构及内外饰

汽车车身主要的结构有：车身的壳体、车门、车窗、车前钣制件、车身内外装饰件和车身附件、座椅以及通风、暖气、冷气、空气调节装置等等。在货车和专用汽车上还包括车箱和其它装备（图2-1）。

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车身壳体是一切车身部件的安装基础，通常是指纵、横梁和支柱等主要承力元件以及与它们相连接的钣件共同组成的刚性空间结构。客车车身多数具有明显的骨架，而轿车车身和货车驾驶室则没有明显的骨架。车身壳体通常还包括在其上敷设的隔音、隔热、防振、防腐、密封等材料及涂层。

车门通过铰链安装在车身壳体上，其结构较复杂，是保证车身的使用性能的重要部件、钣等。这些钣制制件形成了容纳发动机、车轮等部件的空间。

图2-1 车身总体结构

车身外部装饰件主要是指装饰条、车轮装饰罩、标志、浮雕式文字等等。散热器面罩、保险杠、灯具以及后视镜等附件亦有明显的装饰性。

车身内部装饰件包括仪表板、顶篷、侧壁、座椅等表面覆饰物，以及窗帘和地毯。在轿车上广泛采用天然纤维或合成纤维的纺织品、人造

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章2章 车身结构与设计

革或多层复合材料、连皮泡沫塑料等表面覆饰材料；在客车上则大量采用纤维板、纸板、工程塑料板、铝板、花纹橡胶板以及复合装饰板等覆饰材料。

车身附件有：门锁、门铰链、玻璃升降器、各种密封件、风窗刮水器、风窗洗涤器、遮阳板、后视镜、拉手、点烟器、烟灰盒等。在现代汽车 上常常装有无线电收放音机和杆式天线，在有的汽车车身上还装有无线电话机、电视机或加热食品的微小炉和小型电冰箱等附属设备。 表2-1 车身内、外饰及附件

分类 外部装饰 内部装饰 附件

类型 装饰条、车轮装饰罩、标志、浮雕式文字等 仪表板、顶篷、侧壁、座椅等表面覆饰物，以及窗帘和地毯 门锁、门铰链、玻璃升降器、各种密封件、风窗刮水器、风窗洗涤器、遮阳板、后视镜、拉手、点烟器、烟灰盒等 2.2 车门类型及功能要求

2.2.1 车门的种类

车门有多种类型。不同类型的车门可分为车门本体、车门附件两部分。车门本体属白车身范畴，指作为一个整体涂漆、未装备状态的钣金焊接总成，包括车门内外板、加强板和窗框等，是实现车门整体造型效果、强度、刚度及附件安装的基础框架。而附件则是为满足车门的各项功能要求，在白车身上装配的零件及总成，其中包括车门锁、铰链、限位器、玻璃、拉手、操纵钮、出风口、密封件及内外装饰件等，另外还有一些其它的在车门上装备的附件，如烟灰盒、扬声器、放物袋、限位块和行程开关等（图2-3）。

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图2-3 车门结构

根据不同车型的需要车门按照开启方式、结构、旋转方式和有无窗框可分为：旋转门、折叠门、拉门、整体式车门、分开式车门、有窗框和无窗框车门等类型。从而满足不同车型的要求，来满足不同类型汽车的要求，并保证其车内通风性能，驾驶员及其成员的安全性，以及良好的视野性能（表2-2）。

表2-2 车门分类

分类方式 类型 旋转门 开启方式 折叠门 拉门 整体式车门 结构 分开式车门 窗框 有窗框车门 钣金件小，材料利用率高，视野性能好。 用于大多数汽车，可为窗框或整体式窗框。 特点及常用车型 用于大多汽车 多用于客车 多用于轻型客车 刚度高、质量好、随形性好

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章2章 车身结构与设计 无窗框车门 顺开式 旋转方向 逆开式 上开式 敞篷车、硬顶车、运动车使用 安全性好，车门误开时不会因气流作用开门，较常用 较少采用，仅为方便上、下车 用于轿车和轻型车的背门，也用于低矮的汽车 按照老师指定的设计题目和车门在车身上的不同功用，选用上开式拉门，以保证背门开启的方便性。由于背门面积较前门大，为了保证汽车背门的刚性和外形的完整性选用整体式车门的设计方式。这样不但保证了车门与车身结构上的完整还能加大背门的强度。

2.2.2 车门的结构

车门本体主要由板制零件构成，也叫钣金件，钣金件由薄钢板经冲压、辊压等工艺制成，一般采取增加板料厚度，采用高强度钢板，合理设计加强筋及拉延结构等措施以使钣金件自身具有高强度、刚度[14]。

而对车门结构的加强，除制件本身合理结构的应用外，构件的整体组合效果更为重要。对窗口部位的加强对车门本体而言，内、外板构成一个封闭的盒体结构，窗口线部位为实现玻璃升降必须提供一个通道，为非封闭结构。这一部分的刚度明显低于其它封闭结构处的刚度，易产生变形而影响玻璃升降及该处密封性。因此，一般应在该处分别对内、外板进行加强。为增强刚度，加强板一般都有横的压筋，类似“ 瓦楞板”形状。加强板与内、外板的焊接方式不同，与内板沿接触处沿周焊接，但与外板除窗口翻边处有窗口密封条装饰可焊接外，为确保外表面质量与外板下部不能用焊接方式而采用粘接。窗框与下部连接处的加强由于设置车门窗口及车门玻璃， 窗框部位的刚度明显比下部要低。另外，车门的承力点铰链、门锁均在下部， 而上部窗框在车身上没有这样的支撑点，对上部窗框的定位也不利, 为使窗框能与密封条可靠接触, 并在行车和振动时起到对玻璃的支撑保护和与门洞间的密封作用，必须使窗框具有足够的刚度。在辊压窗框结构处理上，一般应使窗框下端尽量增大连接界面并设计有较强的连接件，以便增大该部位的刚

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度、强度。

因车门外板是车身外表面件, 中部不应该有焊点, 以免影响外观质量, 这样外板中部刚度就较差,行车时易产生振动噪声, 因此必须对外板刚度进行加强, 采取的措施有在外板内侧粘贴磁性沥清板设计加强梁,与外板柔性粘接。一般缓冲件通常采用毛毡或泡沫,双面胶带粘贴, 以起支撑作用。加强梁下部可与内板下部焊接,上部与外板加强板焊接,若结构允许也可与内板焊接,但是应该以不影响玻璃升降为原则,例如, 带有三角窗的车门在三角窗下部, 或无升降玻璃的拉门窗及旅行车背门等。另外,车门外装饰条也可设计成为加强件,也可利用外板压印及外形装饰线加强外板刚度。如对轿车侧门强度有明确的法规要求,通常在门腔内部设计纵向的管状或方形加强梁。

2.2.3车门的功能

车门与车窗、驾驶舱、乘客舱、发动机舱和行李舱等部件共同组成车身。车门作为汽车车身的重要组成部件，对乘客安全，汽车整体性能，行驶平稳性有重要作用。因此，对车门总成的功能要求，一方面，车门作为车身结构中的重要组成部分，其造型风格、强度、刚度、可靠性及工艺性等必须满足车身整体性能要求[15]，另一方面，车门开关及上下车的方便性又是车门结构首要满足的要求，而车门结构自身的视野性、安全性、密封降噪等性能，又对整个车身结构性能影响较大，也是车门功能要求的重要部分（表2-3）。

表2-3 车门功能要求

功能 要求 1. 开关方便性：灵活、轻便、自如，有最大、中间两档开度，并能可靠限位。 2. 上下车方便性：开度应足够，一般不少于60°躲着开度不小于650mm。 1. 尽量加大车门窗口及玻璃的尺寸。 2. 合理布置三角窗位置、大小、形状。 使用方便性 视野性

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章2章 车身结构与设计

1. 足够的强度、刚度。不允许因变形、下沉而影响车门开关的可靠性；开关车门是不允许有振动噪声。 2. 部件性能可靠、部件间不干涉。 3. 撞、翻车时不能自行开门，以保证成员安全。 4. 满足侧撞时对乘员的保护要求 可靠性 安全性 密封性 雨、雪、尘不能进入车内，应具备良好的气密封性。 工艺性 维修性

1. 易于生产制造。 2. 拆装方便。 2.2.4 车门内的加强结构

车门本体主要有钣金件组成，钣金件由薄钢板（板厚0.7mm~3mm），经冲压、辊压等工艺制成，一般采取增加板料厚度，采用高强度钢板，合理设计加强筋及拉延结构等措施以使钣金件自身具有高强度、刚度。

因车门外板（图2-4）是车身外表面件，中部不应该有焊点，以免影响外观质量，这样外板中部刚度就较差，行车时易产生振动噪声，因此必须对外板刚度进行加强，采取的措施有：在外板内侧粘贴磁性沥青板；设计加强梁（图2-4），与外板柔性粘接。一般缓冲件通常采用毛毡或泡沫，双面胶带粘贴，以起支撑作用。加强梁下部可与内板下部焊接，上部与外板加强板焊接，若结构允许也可与内板焊接。另外，车门外装饰条也可设计成为加强件，也可利用外板压印及外形装饰线加强外板刚度[14]。

由于背门为大面积覆盖件，用时为了保证其整体性和强度选用了整体式的车门结构，这样就会在车门内外板之间形成许多打的间隙，室内外板不能很好的固定在一起，并且还容易产生形变和振动。为了避免振动和形变一般在内外板之间加入一定数量的加强筋，从而能加强内外板之间的刚性，使车门整体更加稳固。

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图2-4汽车背门外板及加强梁

2.3 本章小结

汽车车身是轿车、载货车和大客车整车中的重要部分,车身是汽车上乘人和载货的容器,乘人的容器,乘人的车身要求具有舒适性和安全性。车门直接关系到乘员操作与上下车的方便性、空气动力特性、密封性，以及噪声大小和车身造型等。车门上附件较多，开关频繁，因此对性能及可靠性要求甚高。

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章3章 CATIA建模

第3章 CATIA建模

3.1 CATIA简介

CATIA是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的缩写。 是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM 一体化软件。在70年代Dassault Aviation 成为了第一个用户，CATIA 也应运而生。从1982年到1988年，CATIA 相继发布了1版本、2版本、3版本，并于1993年发布了功能强大的4版本，现在的CATIA 软件分为V4版本和 V5版本两个系列。V4版本应用于UNIX 平台，V5版本应用于UNIX和Windows 两种平台。V5版本的开发开始于1994年。

通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，CATIA解决方案加快企业对市场的需求的反应。自1999年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程，从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。CATIA是汽车工业的事实标准，是欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。CATIA 在造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了端对端（end to end ）的解决方案。CATIA 涉及产品、加工和人三个关键领域。CATIA 的可伸缩性和并行工程能力可显著缩短产品上市时间[7]。

CATIA是汽车工业的事实标准，是欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。CATIA 在造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了端对端（end to end ）的解决方案。CATIA 涉及产品、加工和人三个关键领域。CATIA 的可伸缩性和并行工程能力可显著缩短产品上市时间。 年开始重新开发全新的CATIA V5版本，新的V5版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了CAD/CAE/CAM 软件的一种全新风格。 模块化的CATIA系列产品旨在满足客户在产品开发活动中的需要，包括风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。

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3.2 模型分析

车身本体主要由板制零件构成，也叫钣金件，钣金件由薄钢板经冲压、辊压等工艺制成，一般采取增加板料厚度，采用高强度钢板，合理设计加强筋及拉延结构等措施以使钣金件自身具有高强度、刚度[16]。

车身表面覆盖件的形状复杂、尺寸大，因此一般经过数到工序才能够完成。本可以是进行汽车背门外板的建模处理，而车门是车门总成中面积较大的冲压覆盖板件，需要经过落料、拉深、修边、翻边和冲孔整形等工序才能完成。

汽车背门外板作为整体式的大面积车身表面覆盖件，在进行3D建模时应对已有的模型进行修改，将模型上的出现的裂缝、重叠、断裂以及其他的一些缺陷进行修改，并将原有的模型上的各个片体进行结合处理，将原有模型组合成一个完整的背门外板模型。然后根据修复的模型进行数据采集。并且根据修复完成的模型进行冲压工艺的分析，由于背门外板为整体冲压形成的覆盖板件，其冲压工艺初步制定为：落料、拉伸、胀型、翻边、冲孔和整形。然后根据以上制定的工艺流程和测量的数据对背门外板进行模型的初步建立。

3.3 CATIA建模

根据车身制造中工艺顺序并根据已有的3D模型进行汽车背门外板的3D建模，首先要处理已有的模型中的缝隙、重叠等问题，然后将以后的模型进行初步的修复，使其原来未连接的片体连接在一起形成一个整体的板件，然后将板件的缺陷部分进行修正。并根据修改的模型进行模型尺寸的测量，根据得到的数据对模型进行重新的建立。其建立的具体操作为：

(1)根据已有汽车背门图形（图3-1）进行测量分析，研究汽车背门整体结构和各部分的组成关系，初步制定设计图形参数，并对软件进行初步熟悉，掌握一定的操作指令。

(2)对背门图形进行拆解，分析背门结构，确定背门内、外板及其铰链的位置，了解内、外板之间的接合原理，并将图中背门内板(图3-2)和背门中间的加强结构及其铰链（图2-4右）删除，保留图中的外板

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章3章 CATIA建模

结构（图2-4左）。得到背门外板的模型图，然后将模型中存在的一些问题进行修复处理将已有的模型接合成一个整体模型，得到背门外板整体视图。

(3)对背门外板进行片体建模，在已有的背门外板上创建与模型相垂直的平面，利用平面与模型进行相交然建立模型的的曲线，然后将在建立一条与此曲线相垂直的样条线，根据两条生成的样条线通过扫略功能建立片体，再根据模型的轮廓形状将已经生成的大片体修剪整型成背门外板的形状（图3-3）。

(4)通过冲压功能对模型中凹槽进行加工，并对背门上的孔进行冲孔加工，初步完成背门外板中的冲压形状（图3-4）。

(5)对完成的模型进行集合和修复，将已经建立的散装模型接合成一个整体模型。并对模型进行修边翻边操作，完成模型设计和绘制（图3-5）。

(6)在装配设计工作界面中将背门外板、背门内板及其中间加强结构和铰链进行装配，制成汽车背门总装图（图3-6）。

(7)将已经装配的背门总装图转换成工程图，并通过网格线标注出背门尺寸和定位尺寸以及焊点位置（图3-7）。

图3-1背门原图 图3-2 背门内板

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图3-3 绘制片体结构过程

图3-4 绘制车牌凹坑及冲车灯孔

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章3章 CATIA建模

图3-5 背门外板成图

图3-6 背门总装图

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图3-7背门工程图

3.4 本章小结

CATIA系列产品已经在七大领域里成为首要的3D设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。同过对汽车背门外板进行3D建模处理，了解到了很多关于CATIA软件的功能，并且对汽车车身有了进一步的认识，尤其是对背门的结构有了清楚的了解，对背门各部件的功能和作用以及连接方式有了新的认识。而通过软件的使用使得自己了解了更多的软件应用知识，熟练了软件中的基本功能，并且进一步学习了其它绘图软件的下关功能的使用。

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章4章 冲压工艺制定

第4章 冲压工艺制定

汽车车身外形是由许多轮廓尺寸较大且具有空间曲面形状的覆盖件焊接而成，因此对覆盖件的尺寸精度和表面质量有较高要求。车身覆盖件要求表面平滑、按线清晰，不允许有皱纹、划伤、拉毛等表面缺陷，此外还要求具有足够的刚性和尺寸稳定性[17]。车身表面质量的好坏取决于覆盖件拉伸的结果，而拉伸模是拉出合格覆盖件的关键。由于影响拉伸件质量的因索主要是起皱、开裂、拉毛和回弹，所以从编制冲压工艺到模具设计都必须认真考虑。模具制造完毕，在拉伸模调试过程中，还必须对拉伸件的起皱和开裂现象进行仔细分析与研究，并采取相应的措施。

4.1 汽车覆盖件拉深成型原则

汽车背门外板是整体式的大面积冲压覆盖件，其表面结构比较复杂，成型工序较多，在进行工艺加工的时候容易产生断裂、褶皱等缺陷，所以在进行背门外板的拉深工艺设计时，应遵循以下的设计原则：

(1) 尽可能用一道拉深工序成形出覆盖件形状。因为二次拉深经常会发生拉深不完整的情况，造成覆盖件表面质量恶化。

(2)覆盖件的拉深深度应尽可能平缓均匀，使各处的变形程度趋于一致。在多道工序成形时，预先要很好的考虑前后各工序间的相互协调，并保证使各个工序的成形条件达到良好状态。

（3）拉深表面较为平坦的覆盖件时，其主变形方式应为胀形变形。适当地设置拉深筋、拉深槛和设计合适的压料面，以调整各个部位的材料变形流动状况，达到良好的效果。

(4)覆盖件主要结构面上往往有急剧的凸凹折曲和较深的鼓包等局部形状，在形状设计时，应尽可能合理拉深成形条件的要求。在制定拉深工艺时，可以通过加大过渡区域和过渡圆角、预加工艺切口等办法，改善材料的流动和补充条件。

(5)覆盖件的焊接面不允许存在皱折、回弹等质量问题，对不规则的形

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状只能考虑拉深出焊接面。

(6)覆盖件上的孔一般应在零件拉深成形后冲出，以预防预先冲制的孔在拉深过程发生变形，如孔位于零件上不变形或变形极小的部位时，也可在零件拉深前制出。

(7)覆盖件拉深的压料圈形状设计，应使材料不发生皱折、翘曲等质量问题为原则，保证压料面材料变形流动顺利。同时，压料面的形状还应保证坯料定位的稳定性、可靠性和送料、取件的方便性、安全性。

(8)覆盖件在拉深工序之后，一般为翻边、修边等工序，在进行拉深工序的坯料形状尺寸和拉深工艺设计时，应充分考虑为后续翻边、修边等工序提供良好的工艺条件，包括变形条件、模型结构、零件定位、送料、取件等。

(9)坯料的送进和拉深件的取出装置应安全、方便，有利于覆盖件的自动化、流水线生产。当拉深模具的内表面与坯料发生干涉时，有必要在模具内设置导向装置。

4.2 汽车表面覆盖件拉深特点

拉深工序是制造覆盖件的关键工序，它直接影响产品质量、材料利用率、生产效率和制造成本。覆盖件拉深具有一下特点:

(1)无论覆盖件分块有多大，形状有多复杂，尽可能在一次拉深中成形出全部空间曲面形状及曲面上的棱线、筋条和凸台。否则很难保证覆盖件几何形状的一致性和表面光滑。

(2)覆盖件形状复杂，深度不匀，且又不对称，压料面积小，因而需要采用拉深筋来加大进料助力；或利用拉深筋的合理布置，改善毛坯在压料圈下的流动条件，使各个区段金属流动趋于均匀，才能有效的防止起皱和拉裂。

(3)覆盖件的拉深不仅要求一定的拉深力，还要求在拉深过程中具有足够的、稳定的压料力。由于覆盖件往往轮廓尺寸大，普通带气垫的单动压力机不能满足其对压料力的要求。因此，在大量生产中，覆盖件的拉深均在双动压力机上进行。

(4)覆盖件的拉深要求材料的塑性好，表面质量高和尺寸精度高。碳质量分数在0.05%~0.15%的低碳钢具有延伸率高（40%），屈强比小

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章4章 冲压工艺制定

（s/h0.65），能满足复杂的、拉深变形程度很大的覆盖件的拉深工艺要求。

(5)覆盖件拉深时，为减少板料与凹模和压料圈的摩擦，降低材料内应力以避免破裂和表面拉毛的现象，常需要在压料面上涂抹特质的润滑剂，它能够很好地附着在钢板表面上，并形成一层均匀的、具有相当程度、足以承受相当大的压力的润滑膜，并要求润滑剂在拉深后对钢板不产生腐蚀，并易于清洗。

由于背门外板为大面积的覆盖拉深件，而且形状复杂，汽牌部位拉伸深度较深，容易产生褶皱、拉裂等工艺缺陷，所以在拉深是采用在车窗部位和车牌拉伸位置设置工艺孔和工艺切口，保证拉伸时候板件完整性[1]。

4.3 背门拉深工艺

图4-1所示为微型车背门外板，其材料为St14，料厚0.8mm。从图可以看出，该零件形状复杂，高差较大，局部成形较多，板料的变形不是单纯的拉延成形，而是存在一定程度的胀形变形，是典型的汽车覆盖件。

图4-1 背门外板冲压图

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图4-1中的A和B处，由于车牌坑部分进行内工艺补充后，形成了零件的反成形形状，这部分形状的成形一般不能靠外部材料进行补充，只能靠该部分板料的胀形成形来实现，胀形成形深度较深，A和B处大约有50mm左右，且转角部R较小，因此在拉延成形过程中很容易出现破裂。并且车窗两侧部分拉伸机构较为复杂，所以在进行拉伸加工过程中应该在车窗玻璃位置加工工艺切口，是容易破裂的区域从变形区域内部得到材料的补充。其切口的位置应该靠近容易破裂的区域，并且切口应位于修边线以外，并且不能影响覆盖件的整体结构和形状。并在拉伸加工时应该沿其加工情况进行一次或多次拉伸从而保证加工件不会因此出现褶皱，破裂等缺陷，保证拉伸后工件的完整性。在拉伸结构位置应该设置压边圈，保证拉伸工件结构和形状的完整。

综上所述，后门外板是一个结构复杂的拉伸板件，其冲压拉伸工序复杂，并且容易产生形变，褶皱，破裂等工艺缺陷。为了避免上述缺陷的产生应该在冲压过程中设置压边圈，并且加工一定数量的工艺切口和工艺孔补充拉深时板料的不足。

4.4 工艺方案制定

4.4.1 冲压工艺

产品冲压成形工艺的确定过程，就是分析和预测板料在变形过程中可能产生的缺陷，并采取一定的措施，以消除和防止冲压缺陷，同时考虑制造能力、冲压设备、投资成本等因素。根据本零件的工艺性和本身的结构特点，结合实际生产情况，背门外板的工艺过程如下：下料；拉深；胀型冲孔；切边修边冲孔；整形翻边；修边整形冲孔。

拉深工序是覆盖件冲压成形的关键工序，覆盖件的大部分形状是在此工序形成的，拉延成形的好坏将直接影响覆盖件质量。该工序一方面将成形出零件的大部分形状，同时在拉深过程中还将对坯料进行切角，减少落料模具，降低成本。

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章4章 冲压工艺制定

拉深件在拉深过程中，其凸缘部分由于切向压应力过大，造成材料失稳，使得拉深件沿凸缘切向形成高低不平的皱纹，这种现象称为起皱。拉深件的起皱直接影响其表面质量及尺寸精度，起皱严重时，还将引起板料在拉深过程中难于通过凸模和凹模之间的间隙，增大拉深变形力，甚至拉裂。在生产中主要从改变冲压件拉深变形时的变形方式，以及受力特点出发，采用有效措施来防止起皱，具体措施如下：

(1)采用压料装置; (2)采用反拉深; (3)采用拉深筋; (4)采用软模拉深; (5)采用锥形凹模。

背门外板属于大面积覆盖件且要求表面平整，所以采用压料装置和拉深筋来保证去表面质量。从而减少在拉深和冲压过程中出现的断裂、褶皱等工艺缺陷。提高产品的合格率，降低产品的成本。

拉裂是拉深工艺中出现的主要问题之一，当筒壁处所受拉应力超过了材料的强度极限时，工件就会拉裂，裂口一般出现在凸模圆角稍上一点筒壁处。为了防止工件严重变薄和拉裂，在拟定拉深工艺、设计模具及进行生产时，采取有效措施防止拉裂，具体措施如下：

(1)合理选用材料;

(2)正确确定凸凹模圆角半径; (3)合理选取拉深系数; (4)正确进行润滑。

结合零件的工艺性，在拉深工序中对零件的某些部分作如下处理：在零件的A和B处可采取以下方式来消除破裂：第一方案，增大A和B处的相应模具圆角，以减小材料流动阻力，后工序再对相应部分作整形;第二方案，利用在窗框的适当部位冲切工艺切口的方法，使容易破裂的区域从相邻区域里得到材料补充，从而改善该区域的变形情况，避免破裂的产生。

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拉深工序工艺的制定包括拉深方向的选择、工艺补充和压料面的设计等。选择合理的拉深方向应考虑以下原则：

(1)保证凸模能够进入凹模，需拉深的部位一次成形; (2)凸模与毛料接触面积要大，接触部位对称于中心线; (3)保证凸模有良好的接触状态; (4)使各部位拉深深度均匀;

(5)同时要考虑后工序内容和模具结构。综上所述，结合车门内板本身特点，拉深工序的冲压方向如图4-1所示。

合理的压料面形状应遵循以下几个主要设计原则：

(1)压料面应为平面、单曲面或曲率很小的双曲面，不允许有局部的起伏或折棱，当毛坯被压紧时，不产生褶皱现象，而且要求塑流阻力小，像凹模内流动顺利;

(2)在拉延过程中压料面任一断面的展开长度要小于拉延件内部相应断面的长度;

(3)压料面应使成形深度小且各部分深度接近一致。结合本零件的特点，压料面沿零件四周的变化趋势顺延成曲面。

在进行工艺补充时，应主要考虑以下几个原则： (1)尽量简化拉延件结构形状;

(2)工艺补充部分尽量小，以提高材料利用率，降低成本;

(3)对后工序有利原则，如定位、修边等。由于后工序全部有冲孔动作，出于模具结构简单化的目的考虑，窗框型面部分采用向下整形，并保证合适的切边角度。其余部分顺着产品延伸出来。工艺切口的大小和形状要视其所处的区域情况和其向外补充材料的要求而定。

由于胀形时板料处于双向拉应力状态，板料不会产生压缩失稳，主要是防止拉伸破裂。胀形是否超过成形极限，以制件是否发生破裂来判别。

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章4章 冲压工艺制定

影响胀形成形极限的因素：变形区应变分布；制件的形状和尺寸；材料的延伸率和拉深极限系数；润滑条件、变形速度以及板料厚度。

4.4.2冲压工序

加工工艺：下料；拉深；胀型冲孔；切边修边冲孔；整形翻边；修边整形冲孔。

(1)落料—根据模型图测量出模型长和宽尺寸，按照工艺要求计算出落料尺寸为1250×1450（mm×mm），并进行落料加工，制成最初板件。

(2)拉深冲孔—拉深及冲孔，如表4-1中2所示对车牌凹坑和车窗两侧进行拉深，对车门等位置进行冲孔加工，并在车窗靠近底部位置技工切口。

(3)胀型及切边—对工序二加工完成的工件进行胀型处理使得形成符合车身外覆盖件的形状，并且根据工件轮廓将工件外部和车窗内部多余的部分进行切边处理，初步完成背门外板形状加工。

(4)修边冲孔—按照工件尺寸形状要求将工件沿其形状边线进行切除，从而得到光滑平顺的边缘，并且对工件上的雨刷电机轴位置和其他设施位置进行冲孔加工，从而完成背门覆盖件的几本冲压工艺。

(5)翻边整形—将工序四中完成的工件进行翻边处理，沿工件边缘按照内外板接合方式进行翻边，并对工件各部分进行初步的整形处理。

(6)整形修边侧冲孔—将上一工序中的到的工件进行车牌位置的侧冲孔处理，并对车窗附近位置进行修边，从而得到较为圆滑的边线，并且将工件进行最终整形，使工件符合成品要求，达到能与内板和加强筋进行粘接或焊接的要求。

车门内板是典型的汽车覆盖件，用计算机进行仿真模拟，预测了拉延过程中可能出现的缺陷，为模具设计提供了指导，减少了模具试模次数，有效降低了设计和制造成本，缩短了生产周期，所生产的制件质量高，提高了企业的市场竞争力。并且使用计算机进行3D建模设计能更加直观的看到制造的工件的各个部分，能避免因视角盲区造成的错误，使得产品的生

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产能够更加的人性化，提高了所设计的产品的直观性，降低了设计者的工作量，提高了工作的效率。

表4-1 冲压工艺卡

工序 工艺说明 下料1250×1450 （mm×mm） 简图 1 2 拉深及冲孔 3 胀型及切边

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章4章 冲压工艺制定 4 修边冲孔 5 整形翻边 6 修边侧冲孔整形

4.5 本章小结

覆盖件一般由0.7mm到1.2mm的08系列冷轧薄钢板冲压而成。与一般的冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大、表面质量

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高等特点。再覆盖件的冲压工艺编制、冲模制造和冲模制造工艺上也有其特点，因此，车身覆盖件一般作为一种特殊的冲压件。

本课题设计的汽车背门外板为大面积车身覆盖件，其形状比较复杂，所以选用0.8mm的08系列冷轧薄钢板(St14),从而保证背门外板工件冲压的完整性。

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结论

结论 为了满足现代汽车生产周期短，更新速度快的现状，传统的手绘作图不能满足现代汽车设计的要求。在绘制汽车图形的的时候以传统手绘为基础，利用CATIA软件进行三维建模，在保证了尺寸要求的前提下增强了设计工件的立体感。而且能够使设计的图形更加美观和精确。

汽车车门作为汽车车身的组成部分，都是由复杂的三维曲面构成的，并且作为车身表面覆盖件为了满足汽车整体美观性，需要用冲压工艺将板料通过落料、拉深、冲孔、翻边、整形等工序加工成成品零件。再将车门内、外板及其中间加强梁进行装配，做成完整的汽车背门。然后将汽车背门总装3D图形转换成工程图，并标明车门的装焊位置，完成课题设计。

通过对背门外板的设计，了解了CATIA等制图软件，熟悉了汽车表面覆盖件的冲压工艺流程，并对以往学习的知识有了更深的理解，是自己受益匪浅。

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参考文献

1. 宋晓琳.汽车车身制造工艺学[M].北京理工大学出版社,2009.9 2. 张爱梅.微型汽车市场现状与发展趋势.汽车与配件——商用车&发动机CVE[J],2008,(21):34~36

3. 席庶林.我国微型汽车发展简述.航空工业经济研究[J],2009,(1):31~34 4. 郭竹亭.汽车车身设计[M].吉林科学技术出版社,1992

5. 阮国莱、宋书全等.轿车车身结构技术动向[J].天津汽车,2007,(5):25~29 6. 柏建仁.轿车车身与高强度钢[J].吉林一汽轿车股份有限公司,2005:1~18 7. 孙印杰.Pro/E野火版教程[M].北京电子工业出版社,2004

8. 缪德建.模具制造中CAD/CAM/CAE的应用[M].模具技术,2002,(2):45~46

9. 刘华初、何燕霖等.汽车用先进高强度钢板的可镀性与Wagner模型预测效果研究现状[J].材料保护,2009.9,9,(42):1~4

10. 兰凤崇、周云郊等.车身覆盖件电焊结构虚拟节点建模及应用[J].计算机集成制造系统,2009,8,(15):35~38

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17. Marder A R. The metallurgy of zinc-coated steel[J].Progress in Materials Science, 2000,45:191-271.

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致谢

致谢

本文是在赵老师的悉心指导下完成的。赵老师对本文的撰写提出了许多宝贵的意见，赵老师严谨的治学态度以及渊博的学识给我留下了深刻的印象，同时也让我受益匪浅!赵老师不仅指导我完成了毕业论文，还在制图方面给我许多指导，这必将给我今后的学习和工作带来很大的帮助。在此，我向赵老师表示最诚挚的敬意和衷心的感谢!

在论文完成期间，还得到了汽车学院梁晨老师和同组其他同学的大力支持、理解和帮助，在此，也向他们表示衷心的感谢!特别要感谢的是我的父母及兄长，感谢他们多年来在经济、精神和生活上给予我无私的支持、理解和鼓励。

限于本人的学术水平有限，在报告中还存在很多不足之处。在此，真诚希望各位专家、学者对本论文提出宝贵的意见。最后向所有帮助过我的老师、同学、朋友以及在百忙之中抽出宝贵时间对我论文进行评审的老师们表示诚挚的谢意!

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附录2

附录2

燕 山 大 学

本科毕业设计（论文）文献综述

课题名称：微型车背门外板设计 学院（系）： 燕山大学里仁学院 年级专业： 06级汽车02班 学生姓名： 丁维峰 指导教师： 赵 完成日期： 2010年3月20日

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一、国内外发展状况

基于国内市场竞争和国外汽车进入中国市场的压力进一步增大，在大多数汽车生产企业都将精力投放在轿车上时我国一些汽车厂家，如：通用五菱、长安、哈飞、昌河、一汽佳宝等厂家都加大了对微型汽车的关注，并且都加大了对新车型的开发研究。许多厂家都引进先进的软件生产技术对开发的产品进行设计，并且采用计算机软件仿真系统对产品进行碰撞等仿真实验，从而缩短了新产品的开发开发时间1。随着国际油价的持续走高和对环保的要求提升，新能源微型汽车（天然气微汽，电动微汽和其他能源微汽）相继问世。我国各大汽车生产厂家都根据形势加紧新车型、新部件的生产，通过改变汽车生产工艺和零部件的加工工艺来解决汽车制造中的问题，提高汽车车身结构强度并减少风阻

2。

节能、环保、安全、舒适和智能化是当今世界汽车技术发展的总趋势3。其中，汽车的轻量化是节能的重要措施。减轻汽车质量对于降低油耗，节约能源，减少排放，都有现实和长远的战略意义。研究表明，减轻汽车质量的重要途径，要减轻车重，除了优化结构外，新型材料(高强度钢板、铝镁合金板、激光拼焊板)的应用成为最主要的方法4。目前高强度钢和超高强度钢的大量应用是汽车工业的发展趋势。激光拼焊成形也是汽车轻量化的关键技术[5]。日本丰田汽车公司将拼焊板用于内覆盖件以改善板料的成形性和覆盖件的整体性，用于外覆盖件以改善车身的外观和装配精度，用于骨架件以改善车身的防撞性和减轻车身重量。美国的三大汽车公司将拼焊板主要用于门内板、侧围、立柱、横梁等零件，在门内板中应用比例高达40%。实践证明采用拼焊板技术可减少零件数量66%，材料利用率由40%增加到65%[6]。

除了上述先进的车身制造技术外，已经形成商品化的成形分析CAE软件和立体建模软件CAD，也得到了许多工业部门的重视和应用，美国的通用、福特、德国的大众、奔驰、日本的丰田、日产等大型汽车制造公司，都已开始应用板料成形分析CAE软件指导板料成形件的开发和生产，产生了很好的经济效益。随着我国汽车、飞机等工业的发展，成形分析CAE软件和立体建模软件CAD在我国的应用越来越广泛[7]。自1988年引入中国以来，

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附录2

Pro/E以其先进的设计理念在工业解决方案中拥有显赫的地位，其身影遍布机械、模具、电子、航空、航天、邮电、兵工、纺织等各行各业。Pro/E在模具设计、分析、制造中也都发挥着重要作。在本课题中将用Pro/E进行三维建模，然后将模型导入DYNAFORM,为用DYNAFORM软件进行仿真分析做好准备。CATIA系列产品已经在汽车设计制造领域里成为首要的3D设计和模拟解决方案。在CATIA的设计环境中，无论是实体还是曲面，做到了真正的互操作；变量和参数化混合建模：在设计时，设计者不必考虑如何参数化设计目标，该软件提供了变量驱动及后参数化能力。对于一个企业，可以将企业多年的经验积累到CATIA的知识库中，用于指导本企业新手，或指导新车型的开发，加速新型号推向市场的时间[8]。

二、主要研究成果

目前高强度钢和超高强度钢的大量应用是汽车工业的发展趋势。先进高强度钢板 (AHSS)包 括双相钢(DP)、相变诱发塑性钢(TRIP)、复相钢(CP)和马氏体钢(MART)成为汽车用钢的研发热点[9]。这类钢有良好的强度和成型性，而且还具有良好的抗腐蚀性，是汽车减重降耗的理想材料[10]。激光拼焊成形技术是汽车轻量化的关键技术。日本丰田汽车公司将拼焊板用于内覆盖件以改善板料的成形性和覆盖件的整体性，用于外覆盖件以改善车身的外观和装配精度，用于骨架件以改善车身的防撞性和减轻车身重量[11]。实践证明采用拼焊板技术可减少零件数量66%，材料利用率由40%增加到65%。

伴随着有限元分析技术的发展，计算机辅助设计已经成为研发的有效手段[12]。已经形成商品化的成形分析CAE软件和立体建模软件CAD，也得到了许多工业部门的重视和应用，使产品的研发周期大幅度缩短，为企业创造了很高的经济价值。同时随着软件模拟技术的发展，为汽车碰撞模拟及其各部件刚度模拟提供了依据和方法。

三、发展趋势

在未来汽车车身整个卡法过程中，将全面采用车身虚拟开发技术。采用虚拟开发技术可以省去许多费时耗工的实体样车制造和实验过程，及早发现解决样车性能和生产工艺过程中的问题。它在降低成本、缩短开发周期、提

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高开发质量方面有极大的优势和潜力，是汽车工业竞争取胜的关键技术[13]。

随着人们对汽车环保、节能、安全和舒适的要求逐渐增高，在汽车车身设计制造中使用高强度材料已经成为当今微型汽车发展的一个重要的方面。使用高强度轻型材料可以在满足汽车安全性能时减轻汽车总重量，从而使汽车更加的节能，保证微型汽车能在当今能源危机的情况下得到更好的生存空间。也能够满足更多的消费者的需要[14]。

最后，除了研究上述整车碰撞标准、车身轻量化、车身模态和刚度等关键技术外，还关注整车生产中的冲压、焊接、装配和性能等技术向汽车产品开发的优化，从而降低汽车产品开发的成本。

四、存在的问题

国产微型车除存在质量不稳定外，整车技术性能和基本结构方面的一些薄弱环节日渐显露，急需改进。

由于汽车生产过程中加工工艺的影响使得许多汽车的平部件存在问题，这使得现在很多汽车生产厂家生产的产品不能满足汽车行驶需求。近年来，汽车设计软件发展迅速，但是由于国内的汽车生产厂家对汽车设计软件引进的比较晚，没有足够的经验，导致在零部件设计和汽车整体布置上存在着一定的缺陷。使得国产汽车的生产研发周期较长。这在很大程度上影响了汽车的发展速度。

车身作为汽车生产中的大型覆盖部件，焊接技术在其生产中大量的应用。而我国多数汽车生产厂家采用传统的焊接手段，由于焊点的实际数量较多且位置不连续，为了保证实际焊点位置和节点位置相对应，就需要细化局部网格，这样使得建模和计算的工作量大大增加，且焊点位置也很难保证。

此外，国产几种微型车由于底板结构单薄，本体下部太轻，整车质心偏高（大发厢式车为620mm，长安厢式车为615mm），高顶车尤其显著，同时轮距、轴距偏小等原因，整车行驶稳定性较差。高速行驶时，在5级以上风速、较滑路面条件下，出现车体漂移，不走直线；应急制动时，易出现前翻和原地打转；急转弯时发生倒翻等现象[15]。

五、主要参考文献

1. 张爱梅.微型汽车市场现状与发展趋势.汽车与配件——商用车&发动机

44

附录2

CVE,2008,(21):34~36

2. 席庶林.我国微型汽车发展简述.航空工业经济研究,2009,(1):31~34 3. 郭竹亭.汽车车身设计.吉林科学技术出版社,1992

4. 阮国莱、宋书全等.轿车车身结构技术动向.天津汽车,2007,(5):25~29 5. Benedict J C. Light metals in automotive applications[J].Light Metal Age, 2000,58(9/10):34.

6. 柏建仁.轿车车身与高强度钢.吉林一汽轿车股份有限公司,2005:1~18 7. 孙印杰.Pro/E野火版教程.北京电子工业出版社,2004

8. 缪德建.模具制造中CAD/CAM/CAE的应用.模具技术,2002,(2):45~46 9. A M ingtu. PROGRESS IN RESEARCH AND APPL ICATION OF AUTOMOBILE STEELS IN CHINA[J]. IRON AND STEEL，2001，36（8）： ~69.

10. 刘华初、何燕霖等.汽车用先进高强度钢板的可镀性与Wagner模型预测效果研究现状.材料保护,2009.9,9,(42):1~4

11. Takech i H. P roc. of Advanced Automobile Materials[J], Beijing, China, 1997:1～9. 12. 兰凤崇、周云郊等.车身覆盖件电焊结构虚拟节点建模及应用.计算机集成制造系统,2009,8,(15):35~38

13. 黄祖勇.微型客车车身结构设计新特点.企业科技与发展,2009,(16):37 14. 牛胜福、李炜等.汽车车身轻量化技术.上海汽车,2009,(34):34

15. 向生寅.国产微型汽车存在的问题及发展方向.当代汽车,1992,(5): 28~30

45

指导教师意见：

系级教学单位审核意见：

审查结果： □ 通过

指导教师签字：

年 月

完善后通过 □ 未通过

负责人签字：

年 月46

日 □ 日

附录3

附录3

客车挡风玻璃雨刮器系统

前言，这个文件除了新增加的SAE技术标准委员会指定的标准外没有其他改变。 1 范围

这个范围是汽车工程师协会推荐的实践范围，包括建立统一的测试程序及轿车挡风玻璃雨刷系统和最其低性能标准。这一文件提供了雨刷系统的特点和现象的统一术语。还包括系统评估指南，为工程布局的研究，提供系统的评估标准。测试程序仅限于那些可以用统一的测试设备进行测试的商用实验室。

此文件中测试程序和最低性能标准应基于现有的工程数据。该文件将全部作为定期检测挡风玻璃擦系统性能和其他数据的调整依据。 2 参考资料

2.1适用出版物——以下出版物组成规定范围内的一部分规范。除非另有说明以汽车工程师协会出版的最新版本为准。

2.1.1汽车工程师协会出版出版物——出自汽车工程师协会，英联邦道400号，瓦伦德尔，宾夕法尼亚15096-0001。

汽车工程师协会J941——机动车驾驶员眼睛定位

2.1.2 ASTM出版物——出自美国ASTM，巴尔港道100号，韦斯特·康舍霍肯，宾夕法尼亚19428-2959。

ASTM 518——橡胶表面抗拉伸实验

ASTM 1171——汽车橡胶化合物开裂的耐候性试验 3 定义

3.1挡风玻璃雨刮系统——雨刮系统包括风挡玻璃的外表面清洗装置，以及必要的设备与开动和停止控制系统。

3.2挡风玻璃雨刷——一个有效的清洗擦拭装置，它由一个轴支撑，并

63

固定雨刷臂，支持与控制雨刷叶片原件。

3.3雨刷叶片原件——是雨刷与挡风玻璃表面相接处的弹性原件。 3.4刮雨区——玻璃上表面被雨刷覆盖的有效工作区域。这些区域必须位于客车车辆上满足成员视线要求的位置。

3.5 眼睛活动范围——在汽车工程师协会J941中界定的驾驶员眼睛在汽车中的统计位置，为本文建议的最新标准，J941以前的汽车工程师协会标准将不再被使用。对于个别车型轿车座椅，使用第2.2段中的汽车工程师协会J941附录。

3.6有效擦除模式——雨刷以一个高频率的往复循环运动清除挡风玻璃表面的水。

3.7串联模式——雨刮器在挡风玻璃表面以同一方向同时的刮擦方式。 3.8反向模式——雨刮器在挡风玻璃表面以相反方向同时的刮擦方式。 3.9颤振——不规则的雨刷运动，通常伴随着噪音或者径向线。 3.10鼓胀——雨刮器按不同范围和回转半径的刮擦模式。 3.11条纹——指在擦拭模式中未将水擦拭的弧线。 3.12 扇形刮擦——不均匀擦拭的外边缘。

3.13边界斑点——在雨刮器进行刮擦后一些飞溅在挡风玻璃表面上的细小水滴。

3.14水膜——雨刮器在挡风玻璃表面刮擦过后的极短时间内玻璃便面水分形成的一层薄膜。

3.15周期——指雨刷运动系统从一端运动到另一端并返回所用的时间。 3.16雪荷载——刮水器系统在大量积雪的进行刮擦时的负荷。 3.17电机失速扭矩——电动机特定的条件下维持运动两个周期的最大转矩。

3.18系统转矩——力矩要克服的雨刷最大的摩擦和在特定条件下的驱动机制。

3.19湿干条件——挡风玻璃从湿过渡到干燥过程中产生的最大摩擦。 3.20水分——大气降水中的液态，半液态或冻结状态（雪）的水。 3.21空气的相对速度——在车辆行进方向上车速和风俗适量平行分量

附录3

的差异。

3.22日光开幕——术语“白天开放”。指车窗在最大的开启状态时，其车窗玻璃的正常安装标准。 4 一般性能

4.1挡风玻璃雨刮器系统

4.1.1刮擦面积——描述挡风玻璃最小刮擦面积的三个外部表面的具体区域。这三个区域的开发与制造商加载到汽车的基础设计荷载，并确定为表1中如图1所示的A、B、C三个区域对应角度的数值。在侧视图，上部和下部的区域的边界通过两个相互交叉的平面建立，并由驾驶室内驾驶员眼睛位置在挡风玻璃中的最高点和最低点确定。

63

图1 - EYELLIPSE模板位置

4.1.2频——雨刷系统的设计应提供两个或两个以上的频率。其中最低频率应为45个次/分。最高和一个较低的频率应相差至少15次/分。这个低频率至少应为20次/分。这些频率必须在车辆正常工作条件下，以下测试程序和测试条件在5.2中建立。

表 1—刮擦区域

区 百分比 左角度 右角度 上角度 下角度 A 80 、 18 、 56 、 10 、 5 B 95 、 14 、 53 、 5 、 3

66

附录3

C 100 、 10 、 15 、 5 、 1 4.1.3耐久性——除擦拭叶片元素外的擦拭系统，必须在规定的用测试程序和5.2建立的测试条下能够工作1500000个周期。

4.1.4强度——该系统的功能和所有机械部件应能承受5.3中测试程序和测试条件下的失速载荷。

4.1.5温度适应能力——挡风玻璃雨刮器系统在5.4规定的测试程序和测试条件下须能在130 ± 5°F（35 ± 3°C）和-20 ± 5°F（-30 ± 5 °C）下正常工作。

4.1.6可达性——雨刷系统控制装置应安置在驾驶员容易触及的位置。 4.2挡风玻璃雨刷

4.2.1耐久性——5.2所述的测试程序和测试条件下，除雨刷器刮片外的挡风玻璃雨刷装置，应能工作1 500 000周期，并且雨刷在完成了500万个周期后有效刮擦率应在75%。

4.2.2老化——雨刷器中的橡胶组件应能承受5.5中的臭氧测试，并按照ASTM D-1171确定耐候性实验的ASTM评级标准。

外置汽车橡胶化合物

4.2.3耐化学性——雨刷器的擦拭部件放在一个装有50%甲基或异丙醇溶液中浸泡24小时，其质量变化应不超过2%。 5 测试方法

5 .1擦拭区域测试程序 5.1.1测试设备

a.拟定挡风玻璃尺寸和雨刷系统布局。

b.确定透明塑料片材重量——事先准备好的醋酸纤维或者其他相似材料。

c.降压测试——降压应能够持续整个测试过程，汽车制造商应确定挡风玻璃表层和雨刮器组件的关系。

d.电源——该电源所供应的雨刮器电机的最大功率应满足在测试程序规定的条件下汽车制造商的预期性能。

e.喷洒设备——向玻璃表面喷水的喷雾喷嘴。

63

5.1.2测试程序 5.1.2.1起草

a.挡风玻璃工作表面。

b.擦拭模式应按照挡风玻璃表面湿度的增加和高速运转系统进行设计。这种擦拭程序各个方面的增长应按照实验或者拟定实验结果。

c.用于解决问题的全部计算。

d.根据车辆水平视图和侧视图和第95届汽车工程师协会J941中的驾驶员眼睛位置图确定的挡风玻璃表面的A、B和C三个区域完成表1数据。

e.根据挡风玻璃表面和DLO确定观察范围。通过5.1.2.1中（b）和挡风玻璃A，B和C区的视线范围制定刮擦模式。

f. 参考图2和表1中的数值对挡风玻璃表面A、B和C三个区域进行数值核算。

图2

5.1.2.2 失速测试试验

a. 雨刷系统在有水条件下高速运的测试实验并确定刮擦轮廓。 b. 根据A、B和C三个区域和5.1.2.1（e）中的透明塑料片材重量来调节擦拭模式中刮擦的全部范围。

c. 从降压测试到塑料片材改变测试模式，并根据A、B和C三个区域及表1数值进行核对。

5.2雨刮系统的耐久性和频率测试

68

附录3

5.2.1必要的测试设备

a. 失速测试——见5.1.1（三）。 b. 电源——见5.1.1（四）。

c. 计数器——是一种确定的周期计数装置。 d. 喷涂设备——见5.1.1（五）

e. 喷水器——是一个提供5.2.2（d）中所需水的设备. f. 清洁剂——对测试设备进行清洗的工具。 g. 温度测定装置——温度计或同等设备。 h. 电压表。 i. 真空压力表。 j. 液压压力表。 5.2.2测试条件

a. 环境温度为50-100°F。 b. 水温为45-75°F。

c. 喷水口——为挡风玻璃表面均匀喷水，分配水流量不低于820立方厘米/分钟

d. 水的硬度——不超过0.2 kg/m3。

e. 驱动电机功率（频率测试）使用汽车制造商提供的电平保证汽车正常启动的最低电平功率。

5.2.3频率测试程序——清洁挡风玻璃。根据5.2.2（c）段整个测试中将不间断的喷洒水。根据5.2.2（e）段规定驱动发动机。并用适当的控制装置确定系统的工作频率。

5.2.4耐久性试验程序——挡风玻璃刮水器系统必须完成1 500 000次往复运动，其中包括75万次高频运动和75万次低频运动。在这两种高频和低频测试运动，测试次序如下：湿运作——半分钟喷洒5次水。干运作——半分钟清除水一次。停放位置——最多1分钟。

对于湿作业，挡风玻璃上的水须按照5.2.2的规定供给。挡风玻璃上的水必须刮擦干净。如果擦拭原件运行15分钟后出现积水现象则需更换雨刷叶片原件。在这个测试除雨刷系统叶片原件外的任何其他部件出现故障均表

63

示测试系统故障。

5.3雨刮系统失速测试 5.3.1测试设备

a. 失速测试——见5.1.1（三）。 b. 电源——见5.1.1（四）。

5.3.2测试程序——雨刷系统在4.1.4的规定要求并使用指定电源下能正常的运作的测试模式。雨刷系统在以下两个温度下测试：-20 ± 5°F（-30 ± 3°C）和30 ± 5°F（-1 ± 3°C）。

5.4雨刮系统高温运转能力 5.4.1测试设备

a.常规试验——降压试验在5.2.1中所用的电源、定式装置和其他相关设备不得用于此实验。

b. 试验室——一个有能力保持降压试验过程中所需温度，即130 ± 5℉（55 ± 3 °C）和/或-20 ± 5℉（-30 ± 3℃）的房间

5.4.2热态试验程序——降压试验和喷涂设备将在130 ± 5℃的环境下（55 ± 3°C）浸泡4小时，并且根据5.2.2（三）中规定雨刮系统和喷洒设备应能在这一环境下保持0.5小时的高速运转。

5.4.3冷实验程序——降压试验中设备在-20 ± 5 °F温度下浸泡4小时并且在相同的温度环境下雨刮器要在0.5小时内保持最大的运转速度。

5.5臭氧测试

5.5.1设备——商业臭氧测试设备。

5.5.2制备雨刷叶片原件——将一个6英寸（150毫米）的样品雨刷叶片原件装夹在一个合适的夹具上并根据ASTM D 518中的A项条款检测其表面的拉伸裂痕。标本被拉伸4英寸后将该标本暴露在48h臭氧设备中测试。

5.5.3程序——试验标本必须在温度为100 ± 5°F（38 ± 3℃）和浓度为50 pphm的臭氧试验室放置72小时。

参考文献

汽车工程师协会J941—机动车驾驶员眼睛定位 ASTM 518—橡胶化合物表面抗拉伸性实验

70

附录3

ASTM 1171—汽车曝光橡胶化合物的耐候性实验

PASSENGER CAR WINDSHIELD WIPER SYSTEMS

63

Foreword—This Document has not changed other than to put it into the new SAE Technical Standards Board Format.

1. Scope—The scope of this SAE Recommended Practice is to establish uniform test procedures and minimum performance criteria for passenger car windshield wiping systems and wiper blades. This recommended practice provides a uniform terminology of windshield wiper system characteristics and phenomena. Also included are guides for the use of engineering layout studies to evaluate system wiped area performance. The test procedures are limited to those tests that can be conducted on uniform test equipment by commercially available laboratory facilities. The test procedures and minimum performance criteria outlined in this recommended practice are based on currently available engineering data. It is the intent that all portions of the recommended practice will be periodically reviewed and revised as additional data regarding windshield wiping system performance are developed. 2. References

2.1 Applicable Publications—The following publications form a part of the specification to the extent specified herein. Unless otherwise indicated the latest revision of SAE publications shall apply.

2.1.1 SAE PUBLICATION—Available from SAE, 400 Commonwealth Drive, Warrendale, PA 15096-0001.

SAE J941—Motor Vehicle Drivers' Eye Location

2.1.2 ASTM PUBLICATIONS—Available from ASTM, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959.

ASTM D 518—Method of Test for Resistance to Surface Cracking of Stretched Rubber Compounds

ASTM D 1171—Method of Test for Weather Resistance to Exposure of Automotive Rubber Compounds 3. Definitions

3.1 Windshield Wiper System—The wiper system consists of all the apparatus for cleaning the exterior surface of windshield glazing, together with the necessary devices and controls to actuate and arrest the operations.

3.2 Windshield Wiper Blade—A device for cleaning the effective wipe pattern, capable of receiving pressure from an arm, comprising a suitable superstructure, and supporting and controlling a wiper blade element.

3.3 Wiper Blade Element—The resilient member of the wiper blade that contacts the windshield glazing surface.

3.4 Wiped Area—The specific area on the windshield glazing surface which shall be covered by the effective wiper pattern. These areas were developed as being compatible with viewing

72

附录3

requirements necessary to operate a passenger car vehicle.

3.5 Eyellipse—A statistical representation of the driver's eye location in a motor vehicle, as defined in SAE J941. For the purpose of this recommended practice, the head turn consideration in SAE J941 will not be used. For individual-type passenger car seats, use paragraph 2.2 of the Appendix in SAE J941.

3.6 Effective Wipe Pattern—That portion of the wet windshield glazing surface which is cleared when the wiper blade travels through a cycle with system on highest frequency. 3.7 Tandem Pattern—The pattern produced by the wiper blades moving in the same direction across the windshield glazing surface simultaneously.

3.8 Opposed Pattern—The pattern produced by the wiper blades moving in opposite directions across the windshield glazing surface simultaneously.

3.9 Chatter—Irregular movement of the wiper blade usually accompanied by temporary visible radial lines and/or noise.

3.10 Ballooning—Unwiped areas within the wiper pattern, varying in size and usually round. 3.11 Streaking—Fine arcuate lines of unwiped moisture within the wipe pattern. 3.12 Scalloping—Uneven wipe at the outer periphery of pattern.

3.13 Lace Curtain—A maze of fine individual water droplets which are formed after the wiper blade passes over the windshield glazing surface.

3.14 Hazing—An aerated film spread by the blade and resulting in a transient trailing band on the windshield glazing surface.

3.15 Cycle—A cycle shall consist of wiper blade movement during system operation from one extreme of the windshield wipe pattern to the other extreme and return.

3.16 Snow Load—The load imposed on the wiper system by the accumulation of packed snow, resulting in a limitation of blade travel.

3.17 Motor Stall Torque—The maximum torque that the motor can maintain for two cycles at specified conditions.

3.18 System Torque—Torque necessary to overcome maximum friction of the wiper blade and the driving mechanism under specified conditions.

3.19 Damp Dry—The condition of the windshield which produces the highest friction during the transition from a wet to a dry surface.

3.20 Moisture—Atmospheric water precipitation in liquid, semi-liquid, or frozen state (snow). 3.21 Relative Air Speed—The vector difference of vehicle speed and the component of the wind speed parallel to the direction of travel of the vehicle

3.22 Daylight Opening (DLO)—The term \"daylight opening\" (DLO) refers to the maximum unobstructed opening through any glass aperature, with reveal or garnish moldings adjoining the glazing surface installed normal to the glass surface.

63

4. General Performance 4.1 Windshield Wiper System

4.1.1 WIPED AREA—The minimum windshield wiped area is described by three specific areas on the exterior windshield glazing surface. The three areas are developed with the vehicle loaded to the manufacturer's base design load and are identified in Table 1 as areas A, B, and C. Each area has been established using the angles of Table 1 applied as shown in Figure 1. In the side view, the upper and lower boundary of the area is established by the intersection of two planes, which are seen as lines tangent to the upper and lower edges of the eyellipse, with the windshield glazing surface. The planes are fixed by angles above and below the XX line.

In the plan view, the left and right boundary of the area is established by the intersection of two vertical planes tangent to the left and right edges of the eyellipse with the windshield glazing surface. The planes are fixed by angles to the left and right of the XX line. The areas used in determining the percentage of wiped area are those areas on the exterior glazing surface which are not within 1 in. (25 mm) of the edge of the daylight opening (pillars, division bar, header, etc.). The percentage is the ratio of wiped area within the defined area to the defined area. Using test procedures established in paragraph 5.1, Table 1 for percentages 'to be wiped.

4.1.2 FREQUENCY—The windshield wiper system shall be designed to provide two or more frequencies. One of the frequencies shall be a minimum of 45 cycles/min. The highest and one lower frequency shall differ by at least 15 cycles/min. Such lower frequency shall be at least 20 cycles/min. These frequencies must be obtainable under normal vehicle operating conditions regardless of engine speed and engine load, following test procedures and test conditions established in 5.2.

4.1.3 DURABILITY—Wiping system, except for the wipe blade element, must remain functional after operating 1 500 000 cycles, using test procedure and test conditions established in 5.2. 4.1.4 STRENGTH—The system shall be capable of withstanding the loads induced by stall, using test conditions and test procedures established in 5.3, with all mechanical components remaining functional.

4.1.5 TEMPERATURE OPERATIONAL CAPABILITY—The windshield wiper system shall be capable of operating between temperatures of 130

5 F (35

74

3 C) and 20 5 F (30

附录3

5

C), using test procedures and test

conditions established in 5.4.

4.1.6 ACCESSIBILITY—The control for the wiper system should be positioned so that it is readily accessible to the Driver 4.2 Windshield Wiper Blade

4.2.1 DURABILITY—Using test procedures and test conditions described in 5.2, the windshield wiper blade, except for the wiper blade element, shall remain functional after operating 1 500 000 cycles and the wiper blade element shall wipe 75% of the effective wipe pattern after 500 000 cycles.

4.2.2 AGING—The wiper blade element of the wiper blade assembly shall withstand the ozone test established in 5.5 with an ASTM rating of two or better, as defined in ASTM D 1171, Method of Test for Weather Resistance Exposure of Automotive Rubber Compounds. 4.2.3 CHEMICAL RESISTANCE—A section of the wiper blade element when placed in a 50% solution of either methyl or isopropyl alcohol for a period of 24 h shall not exceed more than 2% weight change. 5. Test Methods

5.1 Area to be Wiped Test Procedure 5.1.1 TEST EQUIPMENT

a. Drafting equipment sufficient for full-size windshield and wiper system layout. b. Transparent heavy gage plastic sheet—Prepared clear acetate or equivalent.

c. Test buck—A test buck shall consist of a structure capable of maintaining, throughout the test, the proper relationship of the glazing surface and the windshield wiping system components as established by the vehicle manufacturer.

d. Power source—The power source shall supply to the wiper motor the maximum power expected by the vehicle manufacturer under the conditions specified in any of the test procedure paragraphs.

e. Spray equipment—Spray nozzles to apply water to glazing surface. 5.1.2 TEST PROCEDURE 5.1.2.1 Drafting

a. Work to exterior surface of windshield glazing.

b. The design wipe pattern will be shown plus the growth due to wet windshield and high-speed system operation. This growth may be determined experimentally or an assumed allowance for each direction of wipe may be utilized.

c. All calculations shall be made in the unwrapped view.

63

d. In vehicle position plan view and side view, layout windshield surface, DLO (daylight opening), 95th percentile eyellipse per SAE J941, and the areas A, B, and C, generated on the exterior of the windshield glazing surface using the angles from Table 1.

e. Develop an unwrapped view of the windshield glazing surface and DLO. Design the wipe pattern, apply growth as described in 5.1.2.1(b), and transfer the pattern together with areas A, B, and C into this unwrapped view.

f. Calculate the percentages of areas A, B, and C that are wiped with design pattern plus growth, in the unwrapped view. See Figure 2 and compare the values with those of Table 1.

76

附录3

5.1.2.2 Test Buck Evaluation

a. Operate test buck with water on and wiper system on high speed, and mark outline of wipe pattern.

b. Transfer full-size unwrapped view with wipe pattern and areas A, B, and C as determined in 5.1.2.1(e) to transparent heavy gage plastic sheet.

c. Transfer wipe pattern from the test buck to the plastic sheet and recalculate the percentages of areas A, B, and C that are wiped and compare the values with those of Table 1. 5.2 Wiper System Durability and Frequency Test 5.2.1 TEST EQUIPMENT—AS REQUIRED a. Test buck—See 5.1.1(c). b. Power source—See 5.1.1(d).

c. Counters—A device for determining the number of cycles. d. Spray equipment—See 5.1.1(e).

e. Water softener—A device, where required, to supply water meeting requirements of 5.2.2(d). f. Cleanser—Of a nonabrasive type.

g. Temperature measuring device—Thermometer or equivalent. h. Voltmeter. i. Vacuum gage.

j. Hydraulic pressure gage. 5.2.2 TEST CONDITIONS

a. Ambient temperature of 50–100 b. Water temperature of 45–75

F (10–38

C).

C).

F (7–24

63

c. Water nozzles—To be located so as to provide an approximately equally distributed water flow on windshield glazing surface at a rate of no less than 50 in.3/min (820 cm3/min). d. Water hardness—Not to exceed 12 grains/gal (0.2 kg/m3).

e. Power input level at drive motor (frequency test only)—The minimum power available at the drive motor, as specified by the vehicle manufacturer, under normal vehicle operating conditions. 5.2.3 FREQUENCY TEST PROCEDURE—Clean the windshield. Water is to be applied continuously to the windshield throughout the test, as indicated in paragraph 5.2.2(c). Apply power to the drive motor as specified in paragraph 5.2.2(e). With appropriate control settings, determine system operating frequencies.

5.2.4 DURABILITY TEST PROCEDURE—The windshield wiper system shall be operated for 1 500 000 cycles, 750 000 cycles at the high-frequency setting and 750 000 cycles at low-frequency setting. In both the high-frequency and low-frequency test cycles, the operational sequence shall be as follows:

Wet operation—water on 5 1/2 min. Dry operation—water off 1/2 min. Park position—1 min max.

For the wet operation, water is to be supplied to the windshield in accordance with the provisions of 5.2.2(c). The windshield is to be cleaned when necessary. If rubber deposits appear within 15 min after cleaning, the wiper blade element must be replaced. Any component failure, except windshield wiper blade element, during this test denotes system failure.. 5.3 Wiper System Stall Test 5.3.1 TEST EQUIPMENT a. Test buck—See 5.1.1(c). b. Power source—See 5.1.1(d).

5.3.2 TEST PROCEDURE—Under any normal mode of operation, the wiper system shall meet the requirements specified in 4.1.4 when the wiper arms are restrained from movement for 15 s, using the specified power source. The wiper system shall be tested at each of the following two temperatures:

20

5

F (

30

3

C) and 30

5

F (

1

3

C).

5.4 Wiper System Temperature Operation Capability 5.4.1 TEST EQUIPMENT

a. General—Test buck, power source, timing device, and other pertinent equipment described in 5.2.1 shall be used in this test.

b. Test chamber—A room or chamber large enough to contain the complete test buck and capable of maintaining a temperature of 130 (30

3

C).

5

F (55

78

5 F (55 3 C) and/or 20 5 F

5.4.2 HOT TEST PROCEDURE—The test buck and spray equipment are to be soaked in the test chamber at a temperature of 130

3 C) for 4 h. Following this soak period

附录3

and in the same temperature environment, the wiper system and spray equipment are to be turned on and operated for a period of 1/2 h at maximum wiper speed control setting with water applied continuously, as indicated in 5.2.2(c).

5.4.3 COLD TEST PROCEDURE—The test buck is to be soaked in the test chamber at a temperature of

20

5

F (

30

3

C) for 4 h. Following this soak period and in the same

temperature environment, the wiper system is to be turned on and the wipers operated for 1/2 h at maximum wiper system speed control setting. 5.5 Ozone Testing

5.5.1 EQUIPMENT—Commercial ozone test cabinet.

5.5.2 PREPARATION OF WIPER BLADE ELEMENT—A 6 in. (150 mm) specimen of the wiper blade element of the wiper blade assembly is to be installed in a suitable clamping fixture similar to that described in Procedure A of ASTM D 518, Method of Test for Resistance to Surface Cracking of Stretched Rubber Compounds. Specimens are to be stretched so as to cause an extension of 15% measured between gage marks that are 4 in. (100 mm) apart. The mounted specimens are then to be exposed for 48 h in an ozone-free atmosphere.

5.5.3 PROCEDURE—Test specimens are to be placed in the ozone test chamber for a period of 72 h. The test chamber is to be operated at a temperature of 100 concentration of 50 pphm, by volume.

5.5.4 RATING—That area of the specimen between the two bench marks shall meet the requirements established in 4.2.2. 6. Notes

6.1 Marginal Indicia—The change bar (l) located in the left margin is for the convenience of the user in locating areas where technical revisions have been made to the previous issue of the report. An (R) symbol to the left of the document title indicates a complete revision of the report.

PREPARED BY THE SAE BODY ENGINEERING COMMITTEE

SAE J903c Revised NOV73

Rationale—Not applicable.

Relationship of SAE Standard to ISO Standard—Not applicable.

Application—The scope of this SAE Recommended Practice is to establish uniform test procedures and minimum performance criteria for passenger car windshield wiping systems and wiper blades. This recommended practice provides a uniform terminology of windshield wiper system characteristics and phenomena. Also included are guides for the use of engineering layout studies to evaluate system wiped area performance. The test procedures are limited to those tests that can be conducted on uniform test equipment by commercially available laboratory facilities. The test procedures and minimum performance criteria outlined in this recommended practice are based on currently available engineering data. It is the intent that all portions of the

recommended practice will be periodically reviewed and revised as additional data regarding

63

5 F (38 3 C) and at a

windshield wiping system performance are developed. Reference Section

SAE J941—Motor Vehicle Drivers' Eye Location

ASTM D 518—Method of Test for Resistance to Surface Cracking of Stretched Rubber Compounds

ASTM D 1171—Method of Test for Weather Resistance to Exposure of Automotive Rubber Compounds

Developed by the SAE Body Engineering Committee

80