汽车轻量化技术培训课件(可编辑)

汽车轻量化技术培训课件294拼焊板应用实例294（1）电阻焊是通过施加在电焊电极上的电流将零件的接触表面溶化，然后在压力作用下连接在一起。炮弹外壳常见的拼焊方法滚压缝焊机平面多点焊机294（2）激光焊。它是采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，当焦点靠近工件，工件就会在几毫秒内溶化和蒸发，从而将不同厚度、不同材质及不同表面状态的钢板焊接在一起。激光焊汽车轮毂激光焊汽车车架294内高压成形注射成形热冲压成形电磁成形激光拼焊技术等温精密塑性成形楔横轧技术旋压成形294楔横轧技术（CROSSWEDGEROLLING）楔横轧工艺是阶梯轴类零件塑性成形的新工艺，在该工艺中，楔形模具作相向运动，扎入圆形截面的毛坯，迫使毛坯回转并沿着模具的型面作相应地减径和延伸。楔横轧设备汽车轴类零件294楔横轧大致可以分为两大类辊式楔横轧和板式楔横轧辊式楔横轧板式楔横轧294优点生产效率高，可比其他工艺提高3L0倍材料利用率高，可节约材料2035产品质量好，楔横轧件金属纤维流线沿轴线保持连续，而且变形时金属外层的硬化使得疲劳强度和耐磨性都有所提高所需设备吨位小，模具寿命高，平均寿命可达2O30万件由于楔横轧成形过程无冲击，噪音小。使工作环境大为改善，加之易于实现机械化自动化，使劳动强度大大降低缺点传统的楔横轧技术只能生产圆截面的轴类件模具特别复杂而且尺寸大，故该工艺适合于生产批量大的轴类零件楔横轧不能轧制大型件，轧制棒料的长度也受到限制楔横扎技术的特点294楔横轧二次楔扎制的汽车中间轴与主动轴国产的楔横轧五金工具毛坯原料294过度滑移缩颈中空楔横扎加工易产生的缺陷294传统的楔横轧件都是实心的，截面为圆形的同心阶梯轴类件，同时是在热状态下成形的。为扩大楔横轧的应用范围，进行了空心件，偏心件，非圆截面的楔横轧及冷楔横轧的研究。例如采用楔横轧，可以由钢管制造各种阶梯轴，如齿轮轴、凸轮轴等，一般可减重30。空心件实心件294内高压成形注射成形热冲压成形电磁成形激光拼焊技术等温精密塑性成形楔横轧技术旋压成形294注射成形随着塑料制品应用日益广泛，人们对塑料制品的精度、形状、功能、成本等提出了更高的要求，传统的注射成形工艺已难以适应这种要求，主要表现在生产大面积结构制件时，高的熔体粘度需要高的注塑压力，高的注塑压力要求大的锁模力，从而增加了机器和模具的费用生产厚壁制件时，难以避免表面缩痕和内部缩孔，塑料件尺寸精度差加工纤维增加复合材料时，缺乏对纤维取向的控制能力，基体中纤维分布随机，增强作用不能充分发挥为了解决上述问题在传统注射成形技术的基础上，又发展了一些新的注射成形工艺，如气体辅助注射、低压注射、层状注射、熔芯注射、剪切控制取向注射等，以满足不同应用领域的需求。294气体辅助注射通过高压气体在注塑制件内部产生中空截面，利用气体积压，减少制品残余内应力，消除制品表面缩痕，减少用料，显示出传统注射成形无法比拟的优越性。成形原理优点可以成形传统注射成形难以加工的厚、薄壁复合塑件,减少装配结构中的零件数量,从而缩减模具、装配线和劳动力需求,节约生产成本所需注射压力小,一方面可利用小型号注射机成形大制品,另一方面模具材料可用铝合金代替合金钢,从而改善模具零件的加工性能和导热性能,减少模具成本塑件采用气体辅助注射成形后产生中空,可以减轻重量,节省材料,并缩短成形周期塑件出模后残余应力小,翘曲变形小,尺寸稳定性好气体辅助注射294气体辅助注射内部气体辅助注射成形外部气体辅助注射成形欠料注射带有往复式型芯注射回流到螺杆注射按照气体注入的部位及方式分类满料注射分类气体辅助注射294欠料注射的工艺过程气体辅助注射成形技术主要采用欠料注射方式,即在制品体积的7085注射完成后,注入气体来推动熔体完成全部填充,同时气体也起保压作用294回流到螺杆注射工艺过程回流到螺杆注射成形原理是塑料熔体从模具的一端注入,待完全充满模具型腔并间隔一段时间后,气体通过注射元件从模具另一端注入。在气体注入后,塑料被推回到料筒中。塑料推回螺杆的行程必须根据被气体替换的熔体体积来设定,而且要注意避免气体与料筒中的塑料混合所产生的不良影响294带有往复式型芯成形工艺过程带有往复式型芯注射成形是先将型芯推进模腔来减少最初的体积,直到模腔被完全充满,在预定时间间隔后,用液压或其他装置带动型芯回位以增加模腔的空间,同时注入气体,从而得到中空塑件的方法。在该工艺中气体压力和型芯的后撤速度要严格控制,以保持熔体与型腔壁的接触。同时,型芯移动所产生的痕迹有可能在制品表面上看到。294外部气体辅助注射成形是在塑料熔体完全充满型腔后,气体被注射到模腔表面和熔融塑料之间,依靠模具的有效密封,气体压力被建立在预定的表面区域上,在塑料冷却过程中气体压力起到补偿制品收缩的作用。外部气体辅助注射成形原理294气辅技术为许多原来无法用传统工艺注射成形的制件提供了可能。特别适用于制作以下几方面的注塑制品气体辅助注射应用管状和棒形零件如汽车门把手、汽车雨擦、吊环、吊钩、座椅扶手、导轨、衣架、窗框、仿木家具等。主要利用气体的穿透作用形成中空,消除表面成形缺陷,节省材料和缩短成形周期宾悦变速杆方向盘左侧调节杆瑞鹰方向盘294大型平板类零件如桌面、车门板、汽车外饰件、冰箱托盘、散热格栅和机器外罩等。利用加强筋作为气体穿透的气道,消除了加强筋和零件内部残留应力带来的翘曲变形等表面缺陷,增加了强度/刚度对质量的比值,同时降低了注射机的吨位要求。瑞鹰车门内板瑞鹰前杯架294形状复杂、薄厚不均、传统注射成形难以成形的零件如汽车车身、保险杠、仪表板、计算机和彩电外壳等。使零件一次成形,简化工艺,降低生产成本。宾悦仪表盘294内高压成形技术优势内高压成形的构件质量轻，产品质量好，并且产品设计灵活，工艺过程简捷，同时又具有近净成形与绿色制造等特点，因此在汽车轻量化领域获得了广泛的应用。通过有效的截面设计与壁厚设计，许多汽车零部件都能用标准管材，通过内高压成形制成结构复杂的单一整体构件。这显然在产品质量，生产工艺简捷性等方面比传统的冲压焊接方式优越得多。模具费用低大多数液压成形工序只需一个与零件形状一致的凸模（或液压成形冲头），液压成形机上的橡胶隔膜起到通常凹模的作用，因而模具成本比传统模具少约50工序少与传统的需多道工序的冲压成形相比，液压成形只需一步就可成形相同零件294与冲压焊接件相比管材液压成形的优点是节约材料,减轻重量,一般结构件可减重2030,轴类零件可减重3050如轿车副车架,一般冲压件重为12KG,内高压成形件为79KG,减重34,散热器支架,一般冲压件重165KG,内高压成形件为115KG,减重24可减少后续的机加工量和组焊工作量提高构件的强度与刚度,由于焊点减少而提高疲劳强度。与冲焊件相比材料利用率为9598降低生产成本和模具费用30。目前,北美的新车型有近50的结构件采用液压成形。今后,新设计的新型轿车50的结构件将由冲压件改为液压成形件,广泛用于轿车的副车架、散热器支架、底盘构件、车身框架、排气系统异型管件。目前北美需求量为3600万件/年,欧洲需求量为2000万件/年。我国一汽已和哈工大合作试制自主品牌轿车的副车架,并进行疲劳试验上海宝钢也引进了一条液压成形生产线,并试制了专用管材。POSCO已建有1600T的排气系统零件的专用生产线,并拥有2条全自动的生产线分别5000T和3500T。294对形状和轮廓复杂的成形具有柔性可以成形不规则形状换模快因为模具的简化，上模非常快速简便后加工成本减少隔膜的“包裹效应”几乎消除了传统模具产生的拉痕，大大减少了后加工成本可保持紧密的公差配合，而不需要昂贵的二次操作材料变薄最小材料可流动，故材料变薄减小内高压成形特点294汽车工业应用管材内高压成形技术（THF）是近年来汽车制造技术重要的里程碑之一，一般而言，THF技术在汽车零件的应用如下表汽车系统名称应用产品排气系统EXHAUSTSYSTEMPARTS考虑耐热及腐蚀环境，大多使用不锈钢材料，产品ENGINETUBES，CATALYTICCONVERTERS，PRESSURETUBES，TAILPIPES，CONNECTORSANDMANIFOLDS。底盘系统CHASSISPARTS材料低碳钢及中碳钢，少部分使用铝合金材料，产品FRAMERAILS，ENGINECRADLES，ROOFRAILSANDBOWS，REARAXLEFRAMESANDRADIATORFRAMES。引擎与动力系统ENGINE/POWERTRAINCOMPONENTS产品SUSPENSIONCROSSMEMBERS，HOLLOWCAMSHAFTS，DRIVESHAFTSANDGEARSHAFTS。车身及安全部件BODYANDSAFETYPARTS主要产品有WINDSHIELDHEADERS，A/B/CPILLARS，SPACEFRAMECOMPONENTS，INSTRUMENTPANELS，SEATFRAMESANDSHOCKABSORBERHOUSINGS。内高压在汽车工业中的应用294液压成形零部件294从地区来看,目前德、美、日、韩汽车大厂均已引入该项技术，北美的使用量已逐步超过欧洲而成为液压成形零组件最大消耗地区VOLVO850铝制前端BMWM3之排气系统FORDCDW27引擎支架总成DAIMLERCHRYSTER侧框294内高压成形主要悬挂构件引擎支架，前A梁，前梁集成，副车架，转向节集成排气系统传统生产工艺和内高压生产工艺比较294前纵梁B形支架294内高压成形设备主要由合模液压机、水平推缸、高压源、液压系统、水压系统及计算机控制系统组成。合模液压机可以提供合模力,在加压成形期间将上下模具闭合锁死。内高压成形专用设备294美国WILLIAMWHITE公司4000T内高压成形机ITC公司小吨位内高压成形机294内高压模具294瑞风SUV汽车前梁实物图基于UG造型的三维模型江汽项目内高压成形典型轻体空心构件的研究294汽车前梁内高压成形数值模拟弯曲工序有限元模型下模上模管坯下模管坯上模内高压成形过程有限元模型294成形极限图厚度分布云图294本研究所的工作人员针对汽车前梁设计了专门的内高压成形模具并成功的研制了内高压成形汽车前梁样件模具试制样件工装及产品管料（防锈铝）2941000吨液压成形设备TWAZ13型高压泵BZ4型快速接头压机及配套294该类零件广泛地应用于汽车排气系统零件，是典型内高压成形件延伸研究支管类零件内高压成形左侧推杆右侧推杆模具非对称三通管有限元模型294延伸研究汽车桥壳内高压成形平板毛坯冲压成形桥壳部件焊接成形桥壳本中心目前与合肥车桥厂合作开展的汽车桥壳整体液压成形工艺研究项目传统加工方法294初始管坯缩径管坯液压成形件汽车桥壳整体液压成形过程的数值模拟桥壳本体液压成形数值模拟294内高压成形注射成形热冲压成形电磁成形激光拼焊技术等温精密塑性成形楔横轧技术旋压成形294热冲压成形在高强度下，冲压构件的回弹以及模具的磨损等都难以解决，在这种情况下产生了热成形高强度马氏体钢及相应的工艺成形技术，其应用也取得了进一步的发展。热冲压成形技术是将钢板（初始强度为500600MPA）加热至奥氏体状态，然后进行冲压并同时以20300/S的冷却速度进行淬火处理，（保压一段时间以保证淬透）以获得具有均匀马氏体组织的高强钢构件的成形方式。目前热成形用钢有4种MNB系列,MNMOB系列,MNCRB系列,MNWTIB系列B钢的应用主要是为了提高钢板的淬透性。294热冲压成形工作原理BORON钢板下料和冲孔成形性评估是否需要预成形加热到AC3左右变位奥氏体钢板或预成形件快速移动到压机快速合模、成形，保压冷却至组织全部为马氏体抗拉强度为600MPA左右预成形随室温冷却，若采用裸板则进行喷丸处理以去除表面氧化皮激光（模具）切边、冲孔最后得到抗拉强度为1500MPA左右的零件294得到超高强度1000MPA以上的车身零件；减轻车身重量；提高车身安全性、舒适性；改善冲压成形性；控制回弹，提高零件尺寸精度；提高焊接性、表面硬度、抗凹性和耐腐蚀性；降低压机吨位要求；热冲压成形的优点294为避免热成形过程中的氧化，在钢板的表面通常进行镀铝、镀铝硅合金或者镀锌等各种涂层。（为保证涂层的结合力和抗氧化性，韩国POSCO正在开发纳米涂层）加热时，炉子中通常通有保护气体（也有在热成形后进一步清除表面氧化的措施）热冲压成形注意要点294热冲压成形前后材料性能对比屈服强度/MPA抗拉强度/MPA延伸率/热成形前41759223热成形后102215376294德国大众速腾车身上，采用了超过60的超高强度和高强度车身材料，具有极高的机械安全性。其中热成形钢板主要应用于前、后保险杠骨架以及A柱、B柱等重点部位，在发生撞击时，尤其在正面和侧面撞击时，可有效减少驾驶舱变形，保护驾乘人员的安全。下图中箭头指向的红色部分为迈腾车身采用热成形钢材的部分，凭借热成形钢材的高强度特质减少驾驶舱变形。迈腾车身采用热成形钢材实图294热冲压成形应用零件1前、后门左右防撞杆（梁）2前、后保险杠3A柱4B柱加强板5中通道6车顶加强梁7其它车身、底盘结构件、加强件294内高压成形注射成形热冲压成形电磁成形激光拼焊技术等温精密塑性成形楔横轧技术旋压成形2941985年，蒂森钢铁为AUDI100地板开发了全球第一块激光拼焊板；2003年全球生产了160，000，000件激光拼焊件激光拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板，以满足零部件对材料性能的不同要求，也可以把相同材质的等厚材料焊接到一起冲压，以提高材料利用率。拼焊板技术294拼焊工艺的优势在于拼焊板技术的特点减轻重量减少部件提高性能减少搭接降低材料损耗材料物流成本降低整车制造和装配成本降低油耗降低模具成本工夹具成本冲压成本组装成本材料成本物流成本增强改善抗疲劳性能增强抗冲击性能增强整车防撞性能充份发挥各部件的设计性能提高装配一致性增强减少焊缝材料搭接提高焊缝强度改善焊缝成形性能增强焊缝的抗腐蚀性能294目前，中国的激光拼焊板生产线已超过10条，POSCO的全自动激光拼焊板线有7条，其中2条可加工曲线，年总产量可达到670万片拼焊板的应用趋势294可以实行拼焊的汽车零部件拼焊板在汽车上的应用在汽车中采用激光拼焊板材后，可使零件重量减轻24，零件数量减少19，焊点下降49，生产时间缩短21294在不降低性能的情况下，各汽车生产商所采用的用来制造小型发动机的技术汽油发动机直喷GDI涡轮增压或机械增压TSI分层燃烧FSI和均质燃烧技术HCCI柴油发动机共轨直喷CRS可变截面涡轮增压器VVT可变气门正时VTEC294在小型化发动机的研究领域，国外跨国汽车企业和发动机制造商已经走在前列德国大众公司2004年，大众公司首次在其旗下的奥迪A3跑车上推出了装用排量为2L的4缸直喷、涡轮增压TFSI汽油机，其油耗并不比同等排量的传统汽油机多，可是功率却比后者多1倍。奥迪A3小型化汽油机294大众公司开发的、已装于高尔夫和途安MPV车上，排量为14L的TSI小型化汽油发动机，替代16L20L汽油发动机。它真正实现了在传统B级车上装上小排量A级车的发动机，在使用性能不变的情况下，实现了小型化途安MPV大众GOLF14LTSI汽油机2942005年，为使第六代帕萨特B6轿车跨越中级车界限，各项性能达到高级轿车的水平，开发出排量为32L面向欧洲市场和36L面向北美市场，集多项先进技术于一身的VR系列横置机型的小型化汽油机，加上帕萨特B6的车身采用了防撞超轻结构，所以整车的各项性能指标非常接近于E或F级车。此即实现了轻量化要求下的小型化。大众的VR6发动机帕萨特B6轿车2942009年推出了全新的高效能低排放16L、20L福特ECOBOOST四缸汽油发动机。实现了发动机的小型化。该系统融合了三大关键技术的优势燃油高压直喷、先进涡轮增压器和双独立可变气门正时系统。福特ECOBOOST发动机设计理念的主要优势包括（1）优化的发动机效率燃油经济性和二氧化碳排放至多可优化20（2）小型发动机的优势获得大型发动机的驾驶性能，却享有小型发动机的尺寸、重量和燃油经济性（3）更丰富的驾驶乐趣低转速下的强劲扭矩和宽转速范围内的优异性能响应美国福特公司294福特ECOBOOST四缸汽油机福特FOCUS福特蒙迪欧制胜294通用汽车研发的涡轮增压汽油发动机运动版OPELCORSA、ASTRA分别在2009年投入中国市场，这是通用在全球汽车轻量化发展战略中在中国市场的第一款小型化发动机。将搭载于雪弗兰科鲁兹和别克君威。将使中国用户享受到更加出色的动力性能，同时也拥有出色的燃油经济性。涡轮增压汽油发动机雪弗兰科鲁兹别克君威美国通用公司294其他已经或即将提供小型化发动机的生产商制造商原发动机小型化发动机应用车型菲亚特2缸、09L汽油和柴油发动机菲亚特500PANDA16L18L汽油发动机14LTJET博悦（BRAVO）LINEA雷诺15L柴油发动机12L汽油涡轮发动机雷诺LAGUNA雷诺TWINGO雪铁龙16L柴油发动机雪铁龙C5AVL20L、149KWDGITC概念款汽油发动机宝马20L双涡轮柴油发动机BMW1系列V8柴油发动机双涡轮柴油发动机I6BMWX52942汽车其他零部件的小型化德国舍弗勒集团是全球汽车制造业中极富声誉的供应商之一。通过三个知名品牌INA，FAG和LUK，积极活跃在汽车制造、工业制造和航空航天领域。该公司一直在向日本的富士重工集团的汽车上供应CVT链条，富士重工对这种部件的外观品质要求比其他欧洲汽车厂商更高且更加严格。2009年，舍弗勒集团研发出一种新型的CVT变速器链条，装载在斯巴鲁新款力狮上，具有传动效率高于传统主流金属带的特点，具有传动效率高于传统主流金属带的特点，在提高效率的前提下实现系统的小型化，从而直接减小CVT变速箱的体积。但耐用度更强，达到机械最小化的理想造车水平。294斯巴鲁力狮链条式无级变速器舍弗勒集团CVT链条通过装配CVT链条减小CVT变速箱的体积，与改进之前相比，体积小，创新性的链条传动方式，结构简单、换挡连续自然、燃油经济性好，在车辆高速巡航时，能使发动机保持较低转速，而需要紧急提速时又能迅速降挡以提供充足扭矩。29431新材料在汽车上的应用32CAD/CAE在汽车结构设计上的应用33结构小型化34承载式车身在汽车上的应用35先进特种成形工艺的应用汽车轻量化之第三章汽车轻量化的主要途径294非承载式车身现在接触的非承载式车身车型比较少，多数是卡车、专业越野车之类。非承载式车身的汽车有刚性车架，又称底盘大梁架。这种车架一般都是矩形或者梯形的，布置在车身的最底部。294车架承载着整个车体，发动机、悬挂和车身都安装在车架上。我们从图片中可以看到车架上有用于固定车身的螺孔以及固定弹簧的基座。所以从理论上说，即使没有车身，单是一个车架“裸奔”也是没有什么问题的。那么车身的作用是什么呢显而易见，为了给驾驶者和乘客提供一个舒适安全的环境，以及为了美观。294这种结构的最大优点就是车身强度高，钢架能够提供很强的车身刚性，也有利于提高安全性，对于载重车和越野车来说这一点非常重要。另外驾驶过这种车的人应该有所体会，悬挂对路面颠簸的反馈在车内的感觉要轻微很多，这是因为有些车的车身和底盘之间采用降低振动的方法连接在一起，所以在走颠簸路面时更平稳舒适一些。294在早期几乎所有汽车都采用这种结构。一百多年以前，当时的汽车还是定制车的时代，人们买车时会先选择底盘，然后在底盘的基础上再选去择不同的车身制造商定制不同样式的车身。294但是随着时代的发展，非承载式车身的缺点暴露出来，其中之一是重量大，车架本身就很重，而车身和车架又是两个独立的部件，所以整体重量就更大了，用的钢材多，成本也会相对较高。非承载式车身还有另外一个问题就是车辆重心比承载式更高。我们可以想象一下，车架在底部，而车身是安装在车架上，那么车身的地板无论如何也要在车架之上。如果各位有坐过非承载式车身结构的专业越野车可能会有这样的感觉整辆车看上去非常高大，可是坐进去感觉却没有想象中那么大，因为地板也很高。294承载式车身对于家用车来说，非承载式车身最大的问题就是车身重量太大，因而随着汽车技术的发展，人们取消了非承载式结构中独立的刚性车架，整个车身成为一个单体结构，这就是承载式车身。294承载式车身并非“仅用钢板包裹出一个车身”294承载式车身的外壳、车顶和地板以及通常我们所说的A、B、C三根柱都是连接