分论坛四:汽车轻量化及新材料

作者:本网编辑 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2013-02-04
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选择合适的轻量化设计方案的必要性与日俱增,OEM厂商和供应商已经开始积极行动.

减轻1kg质量的代价是多少?

Andreas Rennet博士,德国3C Cost Calculation Consulting公司常务董事

选择合适的轻量化设计方案的必要性与日俱增,OEM厂商和供应商已经开始积极行动。他们正在改变产品系列,从产品的优化设计和采用创新的轻型材料等多方面着手实现减重,以使车辆更加节能减排。

轻量化对节能减排发挥重要作用的同时,也会对消费产生直接影响,比如可能会改变产品设计和工艺从而影响产品重量和产品成本,再比如必须采用碳纤维复合材料或超高强度钢等高科技材料,这些会显著增加成本,总之,材料成本和制造成本对轻量化非常敏感,会随之上升。

围绕这些问题,Rennet博士对轻量化解决方案的趋势和代价作了介绍,并着重回答了 “减轻1kg质量的代价是多少?” 这个问题,最值得关注的是,他在报告中提出了一个成本模型,这个模型涵盖了制造成本、CO2处罚和减轻1 kg质量所导致的各个方面因素导致的成本增加,从而可以帮助汽车厂商和供应商考量减轻重量的成本影响到底有多大,帮助他们对减重方案作出更理性的判断和决策。

诺贝丽斯铝材在汽车工业轻量化应用的新进展

刘清,诺贝丽斯(中国)董事总经理

铝合金作为白车身的材料开始被越来越多的汽车OEM使用,以实现汽车轻量化、减少CO2排放。

铝合金比钢材轻,如果设计得当,一般可以减重20%~45%。此外,用铝合金做车身或者结构系统,因表层可以形成致密的氧化铝,因此有很好的抗腐蚀性能,另外,铝材的塑性变形、可加工性也很好,因此,刘清先生认为,在目前及未来,铝材和钢材会成为汽车白车身当中最主要的两种材料。

诺贝丽斯的铝材已在全球117个车型中得到了广泛应用。诺贝丽斯研发的汽车白车身、结构等,占全球市场份额的50%以上,其研发核心技术的能力能不断满足客户在质量和应用方面的严格要求。其中,6000系列合金中的Anticorodal-300T61300T61是诺贝丽斯专门开发出的铝合金,在目前全球汽车白车身里面已获得广泛应用。这款新材料和之前5000系列非热处理的铝合金相比,本身铝和铝比减重20%;单位长度吸收能量、碰撞能量性能增加;CO2的排放量也显著减少,取得了很大改进。

对于汽车白车身,铝和钢材结合,钢的线膨胀系数大于铝,很难结合应用,这就要求合金强度要有专门的设计,同时,不同材料的连接方式也要满足要求,诺贝丽斯都可以实现。比如在6000系列的铝合金中,300T61、AC600PX等是诺贝丽斯专门开发的铝合金,在全球汽车白车身中有着广泛的应用。最后,刘清先生在报告中还通过JaguarXJ全铝车身的典型案例,分享了诺贝丽斯铝材在白车身系统中的具体应用效果。

新一代汽车内饰用PP材料

罗欧桥先生,博禄公司汽车产品事业部竞争力中心经理

除了提供基本树脂来满足一些产品需求之外,博禄公司还生产更高附加值的改性材料来满足不同产品的性能,比如轻量化聚丙烯解决方案。与铝材代替钢材类似,聚丙烯在很多应用领域也可以代替金属,甚至在一些应用上聚丙烯改性产品还能代替尼龙复合物制成的产品。

面临挑战,各汽车零部件厂商需要更短的生产周期、更灵活的设计,同时还期望用更少的零件来进行功能的集成。博禄公司提供的新一代改性聚丙烯解决方案WH107AE,密度更低,有很好的流动性和很高的刚度,可以满足这些需求。罗欧桥先生对WH107AE的模拟分析和测试试验的结果进行了深入分析,结果表明,WH107AE具有以下几点优势:研发周期缩短,减少成本;部件重量减轻,保证低注塑压力条件下能使壁厚减小;更低的注塑压力、更好的流动性,较小的设备就可以实现注塑生产。

最后,罗欧桥先生强调,这是一种全球化的材料解决方案,可应用于喷涂零件、非喷涂零件和预着色的表面金属效果的零部件。

高性能聚合物助推汽车新能源动力发展

邓仕燕女士,杜邦中国集团有限公司杜邦高性能聚合物事业部

杜邦高性能聚合物在新能源汽车上的很多关键部位都可以提供相应的系统解决方案,比如电池系统、动力控制系统、充电系统和电机系统等。以电机为例,无论是集中式电动机还是分布式电动机,很多绝缘件都采用杜邦公司的Zytel HTN51G35EF新型材料来制造,如电机内部的线圈骨架采用该材料来做,可以做得非常薄,一方面可以增加绕线量,增大功率输出,同时减少材料的使用,降低成本,还可以有效导热,此外由于该材料的韧性好,还可以增加绕线速率,提高生产效率,特别适合汽车产业高产量的需求。

与PPS相比,Zytel HTN51G35EF还有很多优势,比如:漏电痕迹指数高达550V,而PPS的漏电痕迹指数为150V,极佳的电绝缘体,可以减少零件尺寸或增加安全余量;它具有较高的拉伸强度和焊接强度,熔体流动性好,加工更容易,且耐振动更好;具有极好的耐油性和耐热性能,因而被许多主机厂选用。

目前,杜邦公司主要的工作包括对原材料的研究开发与测试、CAD设计和CAE计算支持、零部件测试、失效分析以及技术交流培训等,在中国提供“一站式解决方案”来帮助主机厂、系统供应商、塑料件加工商,进行合作开发。

低成本碳纤维复合材料是新能源汽车轻量化的重要选择

蒋鼎丰先生,福建海源自动化机械股份有限公司顾问

近几年,虽然国际上没有真正实现电动化的大规模产业化,但欧美国家的向量产化迈进的步伐显然比中国更快。蒋鼎丰先生认为,中国在发展新能源汽车的时候,技术路线方面比较偏颇,只重视电动技术,对车身的轻量化等方面不够重视。为此,针对新能源汽车,他强调,我国的节能与新能源汽车产业发展还要重点考虑电动汽车的车身和轻量化,他提出“新能源汽车=电动技术+复合材料”。

蒋鼎丰先生主张在车身轻量化工艺路线的选择中应更多地采用复合材料,特别是轻质高强的碳纤维增强复合材料(CFRP),在实际新能源汽车复合材料轻量化的过程中应把追求低成本碳纤维复合材料作为重点。可以参考的是,国外使用复合材料,最主要的考虑因素包括:投资成本低,几乎可以节省50%;材料密度低,减重明显;非常适合小批量新能源汽车的生产。

报告中指出,CFRP新能源汽车走低成本开发的技术路线应围绕以下七个方面:低成本碳纤维原丝开发;低成本碳纤维开发;建立大批量定点生产供应商;开展聚丙烯腈、多部件一体化零部件设计;研究开发大批量CFRP零件生产工艺和工艺线;开展循环利用、连接、涂装等工艺的革新;扬长避短,走合作开发之路,看清CFRP新能源汽车是未来汽车的主流方向,走大批量、低成本和高质量生产工艺技术路线,迎接21世纪的新挑战。
 

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