汽车轻量化技术(学员版)四

1,受控低压注射,低压注射过程中，型腔入口压力恒定，但注射速率是变化的，开始以很高的速度进行注射，随着注射时间的延长，注射速率逐渐降低，这样就可以大幅度消除塑料件内应力，保证塑料件的精度,成形原理,优点,由于不存在峰值压力，有效地防止熔料溢边、涨模等不良现象的产生降低塑料件内部内应力，塑件脱模后不易出现翘曲和变形，保证塑件的精度由于受控低压注射成形的基本原理与一般注射成形相同，故两种成形方式所用模具的结构完全一样，注射设备可由一般注塑设备改造,2,3.5.1内高压成形3.5.5注射成形3.5.2热冲压成形3.5.6电磁成形3.5.3激光拼焊技术3.5.7等温精密塑性成形3.5.4楔横轧技术3.5.8旋压成形,3,3.5.6电磁成形magneform,电磁成形技术是利用电容放电，从而在线圈和坯料之间产生磁场力而使坯料产生变形,电磁成形装置示意图,1-整流组件2-限流电阻3-高压开关4-金属坯料5-成形线圈6-脉冲电容器组7-升压变压器,4,在脉冲磁场力作用下，工件具有很大的冲击速度，能大幅度提高材料的成形极限可对复杂零件进行高精度加工，小(无)残余应力和回弹电磁成形是以磁场为介质向坯料施加压力，磁场能够穿透非导体材料，实现非接触加工，可直接对有非金属涂层或表面已抛光的工件进行加工，成形后零件表面质量高可进行复合及混合加工，因而缩短加工周期；一般为无模成形或只需单模，简化了模具制造，增加了加工柔性电磁成形具有纯电磁特性，容易实现能量控制和生产自动化、机械化，大大提高成形效率,成形特点,5,应用,1管（板）坯成形民用,国外某打火机厂商用电磁成形技术生产打火机外壳该外壳手感出众，但成本高昂,铝制灯具反光罩,6,转经筒,空心轴,净水器外壳,打印机心轴,7,某型导弹客体,武装直升机火箭弹发射架,军品,空客某型客机用导管,8,美国F-14战机用万向轴管,某型战机用轴管,9,2电磁连接（电磁焊接）,超高压熔断器,飞机电传连接杆,Ford公司用电磁连接制造的铝合金汽车传动轴,10,焊接前,焊接后,微观组织,铝钢电磁焊接效果,电磁焊接特别有利于焊接性能差异很大的异种材料的连接,11,核反应堆控制棒与包套的链接,美国西屋实验室为某型军用核反应堆设计的控制棒,12,3电磁复合冲压成形,电磁复合冲压成形原理图,电磁复合冲压成形是把传统的冲压成形与局部电磁成形结合在一起进行复合加工。首先，采用普通冲压的方法对工件进行最大限度地预成形，预成形中避免在尖角和难成形部位一次成形，预成形完毕后，电容器组放电，使安置在模具内部的电磁线圈利用电磁力使上述部位成形，整个变形过程可在压力机一次行程中完成。该方法对用常规方法难以成形的铝合金板非常有效，对汽车轻量化有重要意义。,13,3.5.1内高压成形3.5.5注射成形3.5.2热冲压成形3.5.6电磁成形3.5.3激光拼焊技术3.5.7等温精密塑性成形3.5.4楔横轧技术3.5.8旋压成形,14,3.5.7等温精密塑性成形,随着航空、汽车工业的发展，铝合金、镁合金、钛合金等轻金属得到了极大的应用，然而该类材料塑性差、锻造温度范围窄，常规锻造无法成形。近年来，一种先进的成形技术等温精密塑性成形，逐渐发展起来。等温锻造工艺的关键是要求坯料在一定温度点或者在一定温度段发生变形，而且对不同变形坯料来说，其最佳变形温度有所不同，所以在等温锻造过程中温度的控制十分重要。锻模的温度要控制在和毛坯加热温度大致相同的范围内，使毛坯在温度基本不变的条件下完成锻造。等温锻造的成形速度很慢，一般在专用设备上进行，且需要特殊的模具加热装置。采用等温锻造加工得到的锻件，组织均匀、力学性能优良，锻件无回弹、尺寸稳定、材料的利用率高、表面质量好,15,变形速度低，变形温度恒定，克服了模冷、局部过热和变形不均匀等不足，且动态再结晶进行充分，锻件的微观组织和综合性能具有良好的均匀性和一致性。显著提高金属材料的塑性，毛坯的冷却速度或变形速度均降低，因而大大降低了材料的变形抗力。由于减少或消除了模具激冷和材料应变硬化的影响，不仅锻造载荷小，设备吨位大大降低，而且还有助于简化成形过程。等温条件使模锻过程在最佳的热力规范下进行，且加工参数可被精确控制，所以产品具有均匀一致的微观组织和优良的力学性能，并能使少切削或完全无切削加工的优质复杂零件的生产成为可能。,等温精密塑性成形特点,16,等温精密成形直8镁合金上机匣锻件、模具,等温精密成形直11铝合金筒形机匣锻件、模具,17,1汽车空调活塞尾等温精密成形研究；2汽车空调斜盘等温精密成形研究；3汽车空调活塞部件等温成形研究,本中心目前与安徽昊方机电有限公司合作开展研究项目,18,活塞尾实物图（材料SC100-T6）,形状复杂，零件沿轴截面积差异大，中间部分截面积仅为两端的1/6。材料为高硅铝合金，塑性差，锻造成形变形量大，易产生裂纹、穿流、紊流等缺陷。,19,斜盘零件实物图（材料B390）,斜盘属于盘饼类零件，零件形状不复杂。模锻成形难点是材料塑性差，易开裂，而且模锻时会有很大的水平分力，导致模具寿命不高。,20,活塞部件实物图（材料SC100-T6）,零件形状复杂、塑性变形能力差，而且分模困难，很难采用闭式模锻工艺。目前的加工方法是铸造后机加工，废品率高，性能较差。,21,本中心目前与安徽芜湖禾田汽车有限公司合作开展研究项目,铝合金质汽车摇摆臂,22,3.5.1内高压成形3.5.5注射成形3.5.2热冲压成形3.5.6电磁成形3.5.3激光拼焊技术3.5.7等温精密塑性成形3.5.4楔横轧技术3.5.8旋压成形,23,旋压是利用工具连续地依次对工件极小部分施加压力而使其逐渐成形的一种工艺方法。这是一种生产薄壁回转体工件的成形工艺。旋压主要分为普通旋压和强力旋压（变薄旋压）。,旋压成形示意图1-芯模2-坯料3-尾顶4-旋轮,旋压成形原理,24,旋压成形的优点在于：产品精度高，表面光洁度好；产品的性能好、范围广；材料利用率高，产品成本低；工艺和装备简单、所需吨位小。属于少切削或无切削加工工艺。旋压成形技术作为具有减重、高效、节材、节能等特点的先进制造技术，在促进汽车的轻量化研究方面具有重要意义。旋压成形主要用于制造汽车用各种传动皮带轮，包括钢制皮带轮和板制皮带轮、轻型铝合金轮毂和一些非对称异形件。,旋压成形特点及应用,25,作为承载汽车全身重量的重要部件，其性能的好坏将直接影响到汽车的寿命、外观、安全和舒适性。目前铝合金旋压轮毂不仅是从材料还是生产工艺上来说都符合汽车零部件轻量化的发展要求，成为轮毂制造工艺的主流。,轮毂,大众19英寸铝合金旋压轮毂,宝马17英寸铝合金旋压轮毂,26,轮毂制造工艺比较,注：旋压成形必将逐渐取代铸造和锻造工艺，成为轮毂制造工艺的发展方向,27,轮毂旋压成形工艺流程,28,在铝合金轮毂的旋压方面已经进行了相关的工艺理论研究，利用有限元模拟软件ABAQUS建立铝合金轮毂旋压的有限元过程，并对成形工艺进行模拟，并取得了一定的成果。,本中心已开展的研究：,（a）,（b）,轮毂强力旋压有限元模型（a）强力旋压（b）普通旋压,29,第一道次成形终了时内外表面等效应力分布,第一道次成形终了时内外表面等效应变分布,30,第二道次成形终了时内外表面等效应力分布,第二道次成形终了时内外表面等效应变分布,31,第三道次成形终了时内外表面等效应力分布,第三道次成形终了时内外表面等效应变分布,32,如皮带轮如空调离合器带轮，车用柴油机减振器带轮等。其筒壁较厚，同心度要求高，且外筒常带有皮带轮槽。常规的加工工艺要经过锻、焊、车、铣等多道工序，材料利用率低，能耗大，成本高。挤压加工时金属同时向双壁高度方向转移，流动非常困难，挤压力很高，模具和设备都难以承受。,汽车用皮带轮,汽车空调离合器带轮,汽车减震器离合器带轮,33,汽车用传动皮带轮的旋压成形工艺如下：,皮带轮旋压成形工艺,34,目前国内外相关机构已经研出一种皮带轮旋压的特种成形技术“铲旋”。与常规的旋压方法不同，即采用边铲边旋边堆积的方法，能直接从平板毛坯直接旋制出双筒厚壁零件，最后用多楔型旋轮旋出外围齿形。其成形工艺如下：,铲旋工艺流程,35,本中心已开展的研究：,在车用皮带轮的旋压成形方面，本中心在汽车空调电磁离合器方面进行了相关的研究，用CAE软件对成形过程进行模拟，对工艺的制定和参数的优化积累了丰富的经验。,第二步旋压模型,第一步旋压模型,36,第一阶段成形结束时等效应变和应力分布图,第二阶段成形结束时等效应变和应力分布图,模拟结果,37,奇瑞奥迪,汽车轻量化之第四章汽车轻量化技术应用的成功案例,38,一、用材1、高强钢,奇瑞车身板材应用发展概况,39,2、铝合金,铸件汽车铝合金铸件已基本固化，在公司也得到大量的应用,40,铝合金板料在国家863轻量化项目的支持下，成功地开发了A5铝合金发盖罩外板，但铝板为国外进口的；目前已与多家供应商进行了铝合金板材和型材的技术交流，为以后的应用做了充分的技术储备；正在与西南铝业和东北大学等单位联合申请国家863铝合金板材应用开发项目,A5铝合金发盖罩,41,3、镁合金,发电机分体支架,转向油泵支架,473气门室罩盖,480气门室罩盖,镁合金变速箱壳体,镁合金方向盘骨架,42,二、激光拼焊,奇瑞M11前纵梁：重量能有一定减轻，成本与普通点焊设计基本持平，但能显著提高正碰性能。,43,三、CAD/CAE研究,1、对B14拖曳臂做了液压成型分析，预在设备到位后，做出试制件，用于路试,B14拖曳壁联合宝钢液压成型分析结果,44,2、车身选材的冲压分析,45,A21侧围加油口处开裂分析结果展示,46,奇瑞奥迪,汽车轻量化之第四章汽车轻量化技术应用的成功案例,47,奥迪对轻量化技术的开发历史可以追溯到近一个世纪前，可谓是汽车轻量化设计的开山鼻祖。被称为ASF（AudiSpaceFrame）的铝合金车身结构技术，较传统钢板车身重量减轻约40%，而由1994年开始迄今，奥迪已经累积生产超过55万辆由ASF车体制成的量产汽车。,奥迪R8的ASF车身,奥迪TT的ASF车身,48,在研发ASF铝合金车身结构的过程中，奥迪更以大自然为师，包括动物体内的骨骼结构，也成為奥迪用来强化提升铝合金车身与结构强度的核心概念之一，并在欧盟EuroNCAP实车撞击测试中呈现优异的成绩。这样轻量化但具备高强度的设计，可以充分吸收并且分散撞击能量，达到进一步保护乘员的效果。,效仿动物骨骼内部结构的设计，可有效提升强度对抗各种应力,普通结构,49,目前在市场上销售的AUDIA8、R8、TT等车款，都可以说是ASF铝合金轻量化车身结构最佳的代言者。,A8车身结构重量仅有218kg,TTCoupe跑车车身结构重量仅有206kg,两侧车顶与车身侧面之间各有1.8米长的无缝焊接铝板是使用激光焊接工艺制做而成,50,车顶采用铝合金,前车盖采用复合塑钢材质,首度采用铝铁合金混合技术，不仅维持轻量化效果，更进一步提升结构强度,采用铝合金涡轮风扇，大幅降低系统重量,采用镁铝合金结构的奥迪R8车身结构重量仅为210kg,R8,51,Q5运动休旅车的车身结构仅重355kg,高强度的车身结构在打造过程中采用了摄氏920度的热成形技术,应用高强度轻量化概念的车身配置，AUDIQ5运动休旅车的车身结构仅重355kg，也成為同级车款中最轻盈的车体，高强度的车身结构在打造过程中采用了摄氏920度的热成形技术，提供了同级车款中最佳的车身刚性表现。,52,除了车身结构外，奥迪也致力于将轻量化概念落实于底盘悬吊系统的研发生产，目前奥迪车款所搭载的动力系统中，便有许多动力系统的引擎曲轴箱已经全面采用轻量化材质，悬吊各项组件也换上铝合金，其他包括轻量化的煞车卡钳、碳纤维陶瓷煞车碟盘等等，还有包括部分市售车款换上重量更轻的行李厢盖与掀背尾门材质，以及方向盘支架与仪表内衬结构採用更轻量化的镁合金材质。,53,车身轻量化技术是轻质材料、结构优化设计和先进制造工艺的集成应用。近年来新材料研究的迅速发展,轻质材料可