汽车轻量化研究.ppt

汽车轻量化研究 未来发展的方向 作者 时间 部门 1 2 3 轻量化是一个跨学科的集成 包括材料 计算机 设计 制造工艺以及丰富经验等 在最小的构造质量下 最轻的重量 达到最大限度的使用范围 增加载荷或者提高速度 降低滚动阻力 加速阻力和爬坡阻力 总体能耗降低 4 环保和节能的需要 轻量化已经成为世界汽车发展的潮流和趋势 整车重量减少100kg油耗 0 4L 100kmCO2 10g 100km 5 研究表明 轿车减重减重100kg与节油效果关系如下所示 6 1 车身轻量化系数 车身轻量化系数是目前被行业普遍接受的一个评价车身轻量化水平的指标 上述公式中L为车身轻量化系数 m为白车身骨架质量 kg C为车身的静态扭转刚度 N m A为车身脚印面积m2 由车身轻量化系数计算公式可知 减小车身轻量化系数可以通过提高刚度或减轻白车身的质量实现 若车身质量不减轻或者减少很小 仅努力提高车身的扭转刚度 也可以实现车身轻量化系数减小 显然这不是轻量化目的 不能真正实现整车轻量化 同时 车身轻量化系数仅可以作为一个参考指标 并不是评判一个车身轻量化水平的绝对指标 车身轻量化应朝着减轻车身质量和提高车身刚度两个方面努力 同时兼顾安全性 A C M 7 由上图可知从2002 2011年 车身轻量化系数平均值由3 84减小到2 87 ECB会议资料显示 车身轻量化系数最大为6 06 最小为1 68 由于各年度参展车型的品牌与产品定位存在差异 所以车身轻量化系数变化趋势并非逐年递减 但总体趋势是下降的 8 近6年ECB获奖车型以及其轻量化系数表现情况 9 2 乘用车轻量化K值 2007年 由发改委牵头开展的节能与新能源汽车鼓励政策研究报告中是使用过一一种整车轻量化评价手法 报告中称它为乘用车轻量化K值 该公式将油耗和汽车车重 动力表现联系起来 同样也是计算的单位面积 提高可比性 不过由于诸多原因 该指标最终未能实施 虽然方法未能实施 但是仍然可以作为评价整车轻量化评价的一种参考方法 K P 10 11 汽车轻量化的途径 高强钢 镁合金 铝合金 工程塑料及其复合材料和陶瓷材料等 热压成型 液压成型 内高压成型 激光拼焊等 零部件数量集成及功能集成 12 汽车轻量化的途径 汽车轻量化技术是设计 材料与制造技术的集成应用 实现车身结构轻量化的主要途径 结构优化设计 使零部件薄壁化 中空化 小型化 复合化以及对车身零部件进行结构和工艺改进等 新材料应用 主要采用轻量化材料和轻量化材料成型技术 以达到减轻零部件重量的目的 新工艺应用 主要采用轻量化材料和轻量化材料成型技术 以达到减轻零部件重量的目的 13 结构优化 单件减重方式 14 现代索纳塔塑料车门模块采用长玻纤 PP材料门护板总成 将门护板 玻璃升降系统 车门线束总成 扬声器总成等21个组件集成到一个注塑成型的部件中 并将五个装配流程精简为一 使总成重量减轻约4磅 2公斤 与传统车门装配方式相比 模块化装配更易于操作 提升装配效率和质量 节约成本 结构优化 模块化设计 15 EPDM胶管 不锈钢管 卡箍 结构优化 以少带多设计 TPV吹塑管与EPDM胶管硫化粘接为一体 中冷器出气管原管路系统包含7个零件 重1 2kg 现集成管路仅3个零件 重0 75kg 减重率达到37 16 新材料应用 轻质合金材料 17 轻质合金材料 铝合金的应用 18 轻质合金材料 铝合金 车用铝合金的优势 密度低 耐蚀性好 高的导热性能 表面美观 铸造性好 是钢的1 3 不易生锈 约比钢高三倍 无色透明的氧化膜 溶化温度低 易成复杂形状 切削性好 耐磨性好 是铸铁的4 5倍 工具磨损小 铝合金虽然弹性模量低 但有很好的挤压性 能得到复杂截面的构件 从结构上补偿了部件的刚度 吸能性好 碰撞安全性优势明显 而且由于车身质量减轻 在碰撞时产生的动能减小 19 轻质合金材料 铝合金 车用铝合金的劣势 材料成本高 工艺成本高 售后维修成本高 强度偏低 熔点低 铝合金 35000 吨 B180 7000 吨 全铝车身的工艺复杂 加工 焊接与传统工艺有区别 碰撞修复技术门槛高 钣金修复难度高于钢制车身 强度远远低于高强度热成型钢材 熔点600 C车辆火灾或自燃时会熔化 20 新材料应用 高强钢板 21 新材料应用 高强钢板 按照国际钢铁协会ULSAB项目组的定义分为5类 即低碳钢 LSS 普通高强钢 HSS 先进高强钢 AHSS 超高强度钢 UHSS 和热成型钢 PHS LSS 屈服强度150 250MPa 拉抗强度270 400 MPa HSS 屈服强度200 600MPa 拉抗强度300 700MPa AHSS 屈服强度300 600 MPa 拉抗强度500 1100 MPa UHSS 屈服强度600 1200 MPa 拉抗强度800 1600 MPa PHS 屈服强度1000 1200MPa 拉抗强度1200 1600MPa 图 白车身用钢分类 22 高强钢板应用 LexusIS 2013 23 高强钢板应用 RangRoverSport 2013 24 高强钢板应用 HONDAFIT 2013 TS780TS980MPa热成型钢 25 新材料应用 工程塑料 26 工程塑料的应用 27 新材料应用 碳纤维材料 优点 碳化纤维 泛指一些以碳纤维编织或多层复合而成的材料 密度为1750kg 立方米 因为它又轻又坚硬 所以它的用途很广泛 主要是应用在外壳和零件上面 汽车碳纤维有着质轻 安全 经济的特点 缺点 相对于金属材料的可回收 可修复性来说 碳纤维的溃缩柱是一次性产品 高昂的价格让它只能在超级跑车及高级车领域大量应用 加工过程 通过在模具中按纤维方向交错叠放碳纤维布 利用环氧树脂粘接剂将多层切割好的碳纤维布逐层站在一起 这一过程需要用5到10层甚至更多层薄如蝉翼的碳纤维布 粘合成加厚版碳纤维布 这时它的柔韧性已经非常的差 几乎跟刚性材料差不多 之后再采利用高温高压烤箱来使粘合后的体积进一步压缩 强化 最终出炉的将是组件的成品毛坯 经过去毛边 打磨 抛光等工序 完成车身零部件加工 中低端车型中的应用 碳纤维材料在民用量产汽车 尤其是中档产品应用也十分广泛 很多厂商也已经开始提供碳纤维材料的小组件 如后视镜壳 内饰门板 门把手等零部件 28 碳纤维材料应用 29 新工艺应用 热冲压成型 热冲压成型是一种零件加工方式 先将坯料加热至一定温度 然后用冲压机在相应的模具内进行冲压并保压淬火 以得到所需外形并同时实现金属材料相变的一种材料成型方法 热冲压成形技术 是将硼钢钢板 初始强度为500 700MPa 加热至奥氏体化状态 快速转移到模具中高速冲压成形 在保证一定压力的情况下 制件在模具本体中以大于27 s的冷却速度进行淬火处理 保压淬火一段时间 以获得具有均匀马氏体组织的超高强钢零件的成形方式 热成型前 热成型后 铁素体 珠光体 马氏体 30 新工艺应用 热冲压成型 31 新工艺应用 热冲压成型 32 新工艺应用 激光拼焊 激光拼焊是采用激光能源 将不同厚度 不同材质及不同表面状态的钢板拼接在一起 以满足零部件对