汽车轻量化制造技术现状与发展

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美国汽车业高强钢的目标: 1)第三代AHSS的量产,并且降低价格; 2)强度达到1000-1500MPa,并可冷成形; 3)材料可焊性好、成本低。
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汽车轻量化制造技术现状与发展
车身高强度钢的使用趋势
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汽车轻量化制造技术现状与发展
沃尔沃公司在VOLVO XC90车身制造中同时采用冷、 热冲压工艺
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汽车轻量化制造技术现状与发展
轻量化是实现节能减排的有效手段
研究表明,约75%的油耗与整车质 量有关,降低汽车质量, 就可有 效降低油耗以及排放。目前,大 量研究表明,汽车质量每下降10%, 油耗下降6-8%,排放降低4%。
总重量(Kg) 行程(Km)
纯电动车整车质量与续航能力关系
1550
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汽车轻量化制造技术现状与发展
2006~2020年国内先进/超高强钢冲压模市场规模预测
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汽车轻量化制造技术现状与发展
热冲压工艺的优点
–回弹极小,成形精度好 – 高延展率,高强度 – 减重 – 极好的碰撞安全性
热冲压工艺示意图
卷材
下料热冲压工加艺热示意图传送
冲压并 迅速冷却
◎凯迪拉克ATS 的前机盖采用铝合金冷冲压工艺,减震塔采用真空薄壁压铸技术,发动 机支架采用铝合金挤压件焊接结构,保险杠采用铝合金挤压件,车门采用铝合金成形,车 身其它部位、结构件、底板、覆盖件采用钢材。前后轴重达到50%:50%,可与BMW3系 竞争。
◎ 据媒体2014年2月20日报道:继福特之后,通用汽车也开始积极筹备推出铝外壳汽车, 预计在2018年底大规模生产。目前两家企业已经开始开足马力生产铝制汽车面板。
预胀 充液拉深
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汽车轻量化制造技术现状与发展
国际铝合金车身成形技术
超塑成形(SPF)在美国通用( GM) 的应用:
汽车覆盖件快速塑性成形工艺 (QPF),成形时间降到了15秒以内。
某车型后背门内板镁合金和外板铝合 金气胀超塑性温成形,在快速液压机 上成形每件只需1-2分钟。
车身铝板温/冷成形,应用于高档车。 GM 开发的铝合金汽车覆盖件成形设备
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以3000T设备为核心的铝合金汽车覆盖件充液拉深生产线(日本Amino)
汽车轻量化制造技术现状与发展
我们的差距
国家
◎ 欧、美、日等国铝合
金板材在汽车上的应用呈现 德国
快速发展势头(见表)。而
我国尚处于研发阶段,目前 英国 还没有任何一家国产汽车整
车厂有应用铝合金大型板材 意大
零件的实例.
汽车厂家 保时捷
梅赛德斯-奔驰 法拉利 罗孚
Lamborghini Zagagurrd 通用 克莱斯勒
沃尔沃
马自达
日产
本田
标致
汽车型号 928
120SEC Testarossa
Hande ROVER
Kountak Stelvio 凯迪拉克 切诺基
车身零部件 覆盖件,翼子板 覆盖件,行李舱盖 覆盖件,后翼子板
◎ 过去二十年,美国汽车油耗要求每年降低1%。而2010—2025年则每年要求降低4%。美 国规定截至 2016年汽车油耗要达到 6.6升/百公里,较美国现行标准降低2.6L,2025年 达到4.18升/百公里。
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2010年世界各国汽车燃油效率限额
汽车轻量化制造技术现状与发展
2014年被称为电动汽车元年
◎英国捷豹 XK更是将铝合金技术与轻量化优势发挥到极致,不仅车身零件总数从5,189 个降至2,761个,车身刚性提高了48%。新一代路虎车身重量比上一代减重420千克,车身 的钢材料替换为铝合金,并采用单壳体式车身,比上一代钢制车壳体减重高达39%。前副 车架采用铝合金材料铸造,减轻14千克。后副车架采用单件空心铸件,减轻了15千克。
• 李克强总理宣布:我们要像对贫困宣战一样,坚决向污染宣战。而汽车是大范围雾霾天气 的罪魁祸首之一,对策之一是大力发展新能源汽车。国家发展战略明确鼓励发展新能源汽 车,并在该领域技术研发、产业发展、市场推广等各方面都采取了力度很大的政策。
• 商务部研究院近日发布的《2014年消费市场发展报告》指出,今年将成为中国新能源汽 车消费元年。空气污染的环境压力使新能源汽车迎来明显利好。据中国汽车工业协会预 测,2014年中国新能源汽车销量将有望达到3.5万辆,同比增幅达100%。若将混合动力各 类车型加上,将会达到6万辆的规模。2014年将成为中国新能源汽车消费元年。新能源汽 车已成为今年北京车展的最大亮点。在本届北京车展上全球首发的118辆车中,中外车企 共全球首发新能源车79辆,约占七成。
◎ 我国《节能与新能源汽车产业发展规划(2012―2020年)》提出,到2015年,当年生 产的乘用车油耗降至6.9升/百公里,节能型乘用车油耗降至5.9升/百公里以下,较现行标 准降低2.6L 。2020年降至5.0升/百公里,节能型乘用车油耗降至4.5升/百公里以下;商用 车新车油耗接近国际先进水平。
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汽车轻量化制造技术现状与发展
先进高强度钢(AHSS)的发展
•在 白 车 身 中 , 低 碳 钢 与高强低合金钢(HSLA)
的重量比呈下降趋势; 约 束 淬 火 高 强 钢 ( PHS )
的重量比呈上升趋势;
烘烤硬化钢的用量将维 持不变。
• 通过低碳钢、HSLA的
2005
减少以 及 PHS的 增加 ,
铝合金汽车的发展
铝合金成形工艺进步
铝合金铸件 液压成型件 高性能 铝合金连接件 铝合金冲压件 铝合金锻件
应用
铝合金零部件重量在整车重量的比例增加
整车零件总数减少 车身性能增强 车身自重减小
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汽车轻量化制造技术现状与发展
国际铝合金汽车发展
◎ 2002年,全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件,车身零件数 量从50个减至29个,车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%,还 使车重减少50%。新一代奥迪Q7将采用全铝车身 。
前翼子板
所有外部装饰件 所有外部装饰件 覆盖件,顶盖
机盖板
合金牌号
AC120 AC120,5000系列 5000,6000系列
-
5000,6000系列 5000,6000系列 AC120,5000系列
6000系列
760GlE SavannoRX-7
Rixlster Casmo Infiniti Leopard
• 提高燃油经济性有多种途径:汽车轻量化,增加变速箱中的速度等级,柴油技 术,汽油直喷技术,可变气门(VVT),涡轮增压等等。鉴于研发所需时间和 成本的限制,当前主机厂主要考虑轻量化的手段。
• 在轻量化的材料选择上, 未来将是多种材料并存的局面: 超高强度钢, 镁铝合 金, 增强树脂材料. 每一种材料都由其优缺点. 在不降低部件力学性能的前提 下, 努力降低重量是轻量化的方向.
使车身重量减轻。
目前
未来
各种性能的钢材在车身的应用与发展
低碳钢 (260270MPa)
烘烤硬化钢
HSLA
DP600
(300-390MPa) (440-650MPa) (590-980MPa)
PHS (9001500MPa)
41%
12%
-
12%
20%
25%
30%
12%
12%
20%
15%
25%
28%
第三代AHSS发研发目标: 性能可达到:1000-1500MPa时具备20%- 30%的延伸率 应用从碰撞安全件延伸至结构件甚至外覆盖件,如下图所示。
◎ 我国汽车材料替换革命的思考
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汽车轻量化制造技术现状与发展
全球汽车产业处于材料革命前夜
◎ 着眼于可持续发展,节能环保成为汽车工业亟待解决的两大问题。特别是大范围雾霾 天气倒逼汽车产业大调整。调整目标集中在 “新能源、新材料、先进发动机”三大方面。 随着新能源汽车的举步维艰,材料转换的重要性日渐凸显。
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汽车轻量化制造技术现状与发展
新能源新材料双轮驱动— 电动汽车发展的必由之路
◎ 国际名牌电动汽车都采用复合材料为主的新材料。这也是他们续航 能力和电池重量低的原因所在。
◎ 如,德国BMW、大众、意大利兰博基尼、日本帝人和美国GM都开发了 碳纤维车身电动汽车。
◎ 我国电动汽车增重高达 30-40%,远远超过国际先进 水平(德国大众电动汽车增 重6-16%),复合材料电动 汽车成为减重的最佳出路, 可平衡增加的电池重量。
由于铝合金材料的硬化指数值低,属 加工硬化效果较弱的材料,只有通过 较大的变形才能实现较理想的硬化。
为克服普通拉深所产生的变形量小、 变形不均匀的问题,利用液压先进行 预胀变形,再进行液压作用下的充液 拉深成形技术,整个成形过程中面板 部分经历两次变形,应变硬化效果显 著。因此,能够提高铝合金覆盖件的 可成形性、改善变形均匀性的充液拉 深成形技术是铝合金等低塑性、难成 形轻质材料板材零件成形的有效途经。

美国
◎ 现在液压成型的生产 线全世界有250条,中国不 到5条,正规生产的也就是 瑞典 两条,原因是合资品牌现在 都进口。
◎ 热成型生产线国际上 有150条线,中国尚没有一 条自主品牌的生产线,虽然 日本 宝钢有所引进,但是现在尚 没有量产。
◎ 这些在国际上已经 形成了数千亿欧元的产值。
法国
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汽车轻量化制造技术现状与发展
Audi A8全铝车身
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铝 合 金 冲 压 覆 盖 件





挤 压 型 材
件金 压
Text铸
MIG焊、铆接
减重40% 静态扭转刚度提高40%
汽车轻量化制造技术现状与发展
铝合金汽车板材/管材充液拉深技术
充液拉深技术是改善铝合金车身覆盖 件变形均匀性、增加结构刚度的有效 途径。
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Hale Waihona Puke Baidu
汽车轻量化制造技术现状与发展
机械科学院先进中心完成的高强度钢热冲压中试线
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汽车轻量化制造技术现状与发展
德国BENTLER公司中国工厂生产高强钢零件
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汽车轻量化制造技术现状与发展
德国BENTLER公司中国工厂生产高强钢零件(续)
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汽车轻量化制造技术现状与发展
1407
1253
1154
186
203.6
226.6
244.3
1011 275.5
• 轻量化是汽车节能和环保,提高续航能力最有效措施之一。
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汽车轻量化制造技术现状与发展
多种材料混合应用是汽车轻量化的发展方向。在欧洲车身会议文献中,自 2006年至2011年,72个车身中,有38个钢/铝/复合材料混合车身,占 53 %。
汽车轻量化制造技术现 状与发展
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2020/11/23
汽车轻量化制造技术现状与发展
题纲
◎ 能源和环境双重压力倒逼汽车产业转型
◎ 全球汽车产业处于材料革命前夜
◎ 多种轻量化材料混合应用是汽车轻量化的发展方向
◎ 先进高强度钢(AHSS)的发展 及成形技术 ◎ 铝合金汽车的发展;铝合金车身成形,铝合金结构件先进铸造技术 ◎ 复合材料汽车的发展;碳纤维覆盖件、结构件成形技术,长纤维增 强热塑性复合材料(LFT)成形技术 ◎ 多种轻量化材料连接技术
• 我国新能源汽车发展可能再次落后,“湾道超车’梦想落空! 有人称2013年是电动汽车元年,即,国际电动汽车产业化取得了突破。据统计,新型动力 汽车去年的全球销量已经突破57.8万台,超出2012年销量1万多台。据预测,2014年全球 电动汽车市场将同比增长86%。德政府于2011年5月出台了《德国联邦政府国家电动汽车发 展规划》,其目标是:在2020年德国上路的电动及混合动力汽车达100万辆,到2030年至 少达到600万辆,到2050年电动交通网络覆盖全德城市区域。 美国特斯拉公司2013年销量超过2.2万辆,通用汽车雪佛兰混合动力车在美国销量为23,094 辆,日产聆风纯电动车销量为22,610辆。
纯电动车整车质量与续航能力关系
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汽车轻量化制造技术现状与发展
轻量化是汽车发展的历史必然
• 汽车发展至今已经超过100年, 目前的瓶颈是能源制约和环境污染. 石油是不 可再生的资源, 汽油和柴油驱动的机动车造成的污染有目共睹.
• 各国政府相继提出了燃油经济性指标, 硬性规定汽车公司到达百公里油耗指标 , 如美国政府的CAFA标准是2012年至少需要达到每加仑29.7英里(百公里油耗8 升),到2016年需达到34.1(百公里油耗6.9 升),2025年则为54.5(百公里油耗 4.3升). 对超过CAFÉ目标的部分,主机厂需要支付每0.1 英里每加仑为5.5美 元/辆的罚金。
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