分论坛三:车身与轻量化

作者:本网编辑 发布时间:2015-01-26
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分论坛三:车身与轻量化

汽车行业轻量化的关键技术和潜在机遇

Hennik Adam先生,塔塔公司欧洲区首席商务官

能源、成本、生活方式和法律法规等因素都在驱动汽车轻量化的发展,未来的目标就是在保证安全性、性能的情况下实现批量轻量化,而且轻量化将不再仅仅关注车身、发动机,同时也越来越关注传动系的材料选择。

高强钢的广泛使用可以使整车重量降低20%~30%,用超高强钢还可以进一步降低到30%~50%。使用新型钢材,材料的回弹性需要进一步提升,而且焊接也更加复杂,所以在增加成型性能和减重之间也要找到平衡点。针对这个问题,塔塔正在进行TCO研究,希望能够找到即能保证性能,又能降低重量,同时还能降低成本的这种最佳的全面解决方案,能够更好的控制总体成本。例如,采用DP800HyperForm,可以达到23%的减重,同时可以降低整体成本,还能减少生产周期的CO2排放,安全性能也得了到保证;采用XPF可成型热轧材料,可以将极限载荷提高8%,总成本减少3%,重量减少10%;采用Serica产品,在高温和湿润的情况下保护汽车,有更优越的防水性,更好的冲压效能,还有减重潜力。

Hennik Adam先生认为轻量化一定是车辆发展的未来,新型钢材仍有很多潜力可以挖掘,低成本的轻量化材料,是一种很好的选择,能够让大量的汽车变得更轻、更节能。

铝合金领域的全球化和创新

Pierre-David Andre先生,诺贝丽斯(上海)铝贸易有限公司产品工程师

目前全球关于排放的立法都越来越严格,这就对车身轻量化提出了更高的要求。事实证明,铝合金替代钢材能够在不影响生产周期和安全性能的情况下大幅降低车身重量。而在车用铝合金领域,诺丽贝斯是全球领导者,能够为世界各地的整车厂提供本土化的铝合金产品,满足不同客户的需求。同时,诺丽贝斯也更希望全球的技术标准能够更加统一,这样就能够使得产品标准化,统一质量,统一生产,进而降低成本。

诺丽贝斯最主要的优势在于他们的创新性研发。据Pierre-David Andre先生介绍,诺丽贝斯开发的e200系列、6xxx系列和5xxx系列铝合金都在成型性、强度和碰撞性能方面有不俗表现,完全能够满足替代要求,为多种车型的减重做出了很大贡献。高速焊接对铝合金而言是非常有挑战的,而诺丽贝斯开发的s200系列能够完美地应用于长距离激光高速焊接,目前已经应用于车门生产。

为进一步降低成本、节约资源,诺丽贝斯非常重视循环利用,一方面是生产废料的回收利用,另一方面是产品寿命终止后的材料回收再利用。循环利用方面诺丽贝斯努力与各厂商紧密合作,做到不同产品分别回收,提高利用率。

总之,Pierre-David Andre先生认为,未来铝合金产品还需要在表面性能、热处理技术方面进一步提升。诺丽贝斯目前在研发的7xxx系列正是在这方面努力的例证。

汽车行业的轻量化紧固解决方案

Paul Martin先生,英莳国际全球首席工程师

英莳国际与客户通力合作,在项目早期就介入到各个环节中。从概念设计、原型生产、项目启动到批量生产,英莳国际在整个项目流程中为客户提供全方位的紧固解决方案和产品生命周期管理。

FLANGEFORM系列产品是一种高强度的紧固件,机械冷压安装,是固定钢板、铁板的最佳选择。产品具有高强度附着力,更高的抗扭转、抗拉脱或推脱以及抗弯曲能力,比传统压铆紧固件更牢固、可靠,同时避免了焊接螺母的相关应用问题。广泛应用在汽车、家电、消费电子以及工业品等相关领域。

GRIPFORM高强度螺母是英莳国际钣金紧固系列产品的新成员。螺母径向花齿和独特导向头的组合设计,提供更高抗扭性能和抗松脱性能。自动化安装,帮助用户大幅降低成本。定位精确,无需担忧热变形或由于焊接等相关工艺所产生的质量及维护问题。可镀锌也可根据需求选用其他镀层。

铝制TRI-STEP,汽车工业用的理想紧固部件。具有更高强度、更轻重量和更低成本。采用高强度铝材,比黄铜及不锈铜材质轻66%,有更高的导热性,减少了安装预热时间,冷却更迅速,提高了稳定性。独有的三段阶梯式螺纹设计,安装定位性能极佳。采用冷镦加工,加工成本更低,并可节约30%的整体成本。

Paul Martin先生指出,英莳国际在各种材料的紧固应用方面有着超过80年的丰富的理念和经验,生产的产品能够满足各种紧固需求,同时在轻量化方面做出了卓越贡献。

高性能聚丙烯汽车解决方案

孙为先生,博禄公司汽车事业部应用市场经理

孙为先生首先介绍了博禄的聚丙烯材料及其应用,然后着重讲了车身外板的开发过程。

博禄主要生产聚丙烯材料,产量很大,全球领先。他们生产的所有材料都将用于汽车零部件的生产。博禄公司的产品用于制造汽车的进气歧管、仪表盘骨架、前端框架、保险杠和内饰等。博禄公司的产品采用了低密度的材料,并通过发泡等先进工艺技术降低了材料壁厚,因此达到了减重目的。而绿着漆技术的应用免去了油漆的过程,提升了环保性能,降低了维护费用。

车身外板是博禄的主打产品。外板设计首先是材料选择,根据不同的需求选择不同类型的材料。接着是根据法规要求进行工程分析,得到相应的设计需求后再分别满足。

首先是热膨胀的分析,从金属到塑料,热膨胀的特性的不一样的,这个过程主要会调整固定点,对于一些特殊形状还会局部调整刚性。除此之外还会做动态模拟,看看循环应力情况,保证一倍以上的余量。塑料件的强度会比金属件差,紧固件的安全设计很重要,博禄会保证材料应变小于允许值的50%。另外,博禄还会帮客户考虑安装的问题,做到累积误差最小。同时,博禄会充分为顾客考虑成本问题,提供最优化的成本方案。

孙为先生指出,博禄为客户提供的是一个整体化的解决方案。从前期法规检查到后期的市场支持,整个流程全程跟踪,为客户提供更大支持。

镁合金在交通领域中的应用

蒋斌教授,重庆大学材料系副主任、重庆市科学技术研究院轻金属研究所所长

汽车业的需求是镁合金应用的主要驱动力。镁合金的密度很低,应用于汽车、轨道交通零部件,如汽车轮毂、仪表盘支架、转向盘和座椅等,还有轻轨、高铁的扶手、座椅及去壳器件等,可以有效减重;镁合金具有优异的阻尼特性,可以有效减振降噪,提高驾乘舒适性,应用于转向盘还可以减少碰撞对驾驶员的二次伤害;镁合金还可实现100%循环利用。

目前镁的价格已经基本和铝持平,而且由于密度低,体积上有优势,所以实际上价格问题已经不严重。但是镁本身的性能是很差的,所以需要做合金,镁合金的性能已经能够达到要求。在合金性能的基础上,通过结构设计、工艺优化,能够使得产品有更好的性能体现。

镁合金要得到大规模的发展应用,加工成本还是个障碍。为了解决这个问题,蒋教授的团队开发了很多先进技术。首先是液相纯化技术,能够将去杂质成本降低30%;还有反向过滤技术,将使用寿命提高50倍以上。成本降低,效率提高,同时改善了板材质量、开发了很多板材的挤压开坯技术。在成本降低的过程中,合金性能也在不断提升,预计到2020年,抗压强度能够达到550MPa,屈服强度达到450MPa,能为交通用镁合金提供更多选择。

据蒋斌教授介绍,在镁合金研发方面,设在重庆大学的国家镁合金工程技术研究中心经验丰富,研发环境良好,研发成果丰硕,处于世界前沿地位。

Light-eBody项目——量产车的轻量化设计

Björn Hören先生,德国亚琛工业大学汽车工程研究院轻量化设计与材料经理

Light-eBody项目是一个由德国政府支持,由大众、福特和德国亚琛工业大学等研究机构参与的研发项目,该项目希望能够降低电动车的车身重量,进而降低电池系统成本,提升续航能力。

Light-eBody项目主要采取的三个技术方向分别是:结构、车身设计,材料、连接和生产流程,以及模拟方法。三个方向是相辅相成的。三个方向都会涉及声学研究、电池集成和寿命评估等问题。项目成果将主要应用于五座车在城市通勤使用,采用NEDC循环测试。目前采用的试验车型是第五代高尔夫。

该项目首先将高尔夫进行了电动化,去掉了原有的内燃机,并在前后各装了一个电池组。车身方面有以下新技术:采用Accra技术生产A柱、B柱和摇臂部件,在保证高强度的基础上实现了减重;采用T3技术生产闭合型零部件;车底板采用了Stratura的材料,替代钢材和铝合金;电池系统采用不同类型管材做不同结构,达到减重、吸能的目的;外壳体采用铝合金材料,有效保护和减重;开发了GMA焊接和镭射激光焊接等新的焊接方法保证强度。应用这些技术后,车身比传统车型减重68kg。减重后的车身依然能够满足欧盟的NCAP碰撞性能要求。

Björn Hören先生认为,通过使用高强钢或者其他铝合金、塑料的材料组合可以找到更好的轻量化方法并实现大批量生产。而且要把电池系统作为车身的重要部分统一协调考虑,以期能够找到更大的减重潜力。实现减重后,对于环境是有积极影响的,且有利于整车寿命延长。

锻造轻量化计划

李宁先生,德西福格汽车配件(平湖)有限公司产品开发经理

“锻造轻量化计划”由欧洲一些锻造厂和钢铁厂共同提出,有24家企业参与,其目的是发掘乘用车上各零部件的减重潜力。项目的实施方式是:将一辆典型的乘用车分成五大块进行评估,然后进一步分成几万个零件,在几万个零件中选取了关注的3500个,经过归纳总结整理形成了数据库,在这个数据库中,65位专家认真研究了每一个零件,最终选出399个零件,提出了针对性399个减重方案,如果所有想法都能够实现,那么可以减重42kg。

399个减重方案分为三大类。第一类是原材料优化,占33%,例如,采用贝氏体钢代替广泛采用的硅钢材料,可以将零件做得更小,从而减重10%。第二类是设计优化和尺寸更改,占75%,例如在曲轴上通过锻造形成内凹结构,高压共轨系统非载荷部分减少壁厚,实心回转齿轮变为空心,轮毂形状改造等。还有第三类是全新的架构和概念,约有6%,例如使用端面齿轮来作为轴和三叉球销的连接形式,取代了原先需要焊接和六个螺母固定的形式,可以减重828g。

李宁先生指出,该项目目前得到了业内的广泛认可和支持。在接下来,他们还会在此项目的基础上再启动四个项目,进一步挖掘轻量化的可能性。同时将该项目的成果还会从乘用车推广到商用车,进一步分析商用车的减重潜力。

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