汽車輕量化材料與工藝PPT課件

1、.1.汽研院材料部金屬科李 軍汽車工程研究院材料部汽車輕量化材料與工藝汽車工程研究院材料部.2.主要內容一汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀二汽車輕量化的實現(xiàn)途徑與要求三汽車輕量化材料與工藝方案簡介四奇瑞輕量化工作存在的困難制動距離減少5%輪胎壽命提高7%轉向力減小6%原材料成本降低。汽車工程研究院材料部.3.轎車重量減輕10制動距離減少5%輪胎壽命提高7%轉向力減小6%原材料成本降低。一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀1.1 汽車輕量化的意義油耗減少6%-8%加速時間減少8%排放量減少10%汽車工程研究院材料部1.6噸，綜合油耗10L，減重10%車的使用壽命按50萬km計燃油消耗節(jié)能節(jié)能原材料生產節(jié)

2、能二氧化碳二氧化硫氮氧化物粉煤灰等用戶減少的油費車企原材料消耗節(jié)省減排增效0.19噸標煤9.17噸0.08噸0.036噸約1.1噸2.2萬元0.16萬元單車3.8噸標煤單一車型/50萬190萬噸標煤9.5萬噸標煤458.5萬噸4萬噸1.8萬噸約55萬噸110億元8億元1.1 汽車輕量化的意義節(jié)能減排效果一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀汽車工程研究院材料部.5.汽車輕量化對新能汽車的續(xù)航里程的影響一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀1.1 汽車輕量化的意義.6. 2008年3.7億噸，2009年3.9億噸，石油的對外依賴度已超過50%； 預計我國汽車保有量2020年將達到1.3億。汽車工程研究院材料

3、部交通運輸用油占石油消費總量的41%一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀1.2汽車輕量化的必要性汽車工程研究院材料部.7.一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀1.2汽車輕量化的必要性 日益苛刻的整車安全、環(huán)保要求； 消費者對汽車越來越多的功能需求，舒適性、可靠性、智能化等要求。Nm/degm2 10 輪距軸距汽車工程研究院材料部.8.L=M kg 3CT A 百公里油耗功率整備質量燃油經濟性比功率腳印面積K 國內正在研究的一些指標裝載質量（最大允許裝 載質量額定乘員質量）整備質量乘用車：載重貨車： 載質量利用系數(shù)一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀1.3 輕量化技術指標 汽車行業(yè)：車身輕量化系數(shù)（Ligh

4、t Weight Index）汽車工程研究院材料部.9. 車身單位體積重量BIW重 量長 寬 高一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀1.3 輕量化技術指標汽車工程研究院材料部.10.一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀1.4國外汽車輕量化現(xiàn)狀美國1.PNGVThe Partnership for a New Generation ofVehicles： “新一代汽車合作伙伴計劃”，1993年，美國克林頓政府。主要技術路線包括整車輕量化應用技術。PNGV-Class Body Structure2.Freedom CARCooperative Automotive Research： “自由合作汽車研究

5、”。2002年，美國布什政府，2003年改為the FreedomCAR and FuelPartnership Plan，也把汽車輕量化都是其中的核心技術路線之一。.11.SuperLIGHT-CAR白車身材料構成汽車工程研究院材料部一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀1.4國外汽車輕量化現(xiàn)狀歐洲SuperLIGHT-CAR是一項在歐盟計劃下，由歐洲9個國家和地區(qū)的38家機構共同參與的合作研發(fā)項目。在滿足汽車相同性能如剛度、碰撞安全、耐疲勞及耐腐蝕等要求的情況下，實現(xiàn)白車身減重30%。汽車工程研究院材料部.12.NCAP碰撞安全等級燃油經濟性: 3,2/4,5 l/100 km環(huán)保性能：CO2

6、= 86-108 g/km制造經濟性： USD 10 000一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀1.4國外汽車輕量化現(xiàn)狀世界鋼鐵聯(lián)盟的ULSAB系列項目WorldAutoSteel聯(lián)盟成功開展了著名的ULSAB項目（UltraLight SteelAuto Body，超輕量化鋼汽車車身項目），1994年啟動，1998年結束。期間及隨后開展的系列項目還包括：ULSAC-Ultralight Steel Auto Closure，超輕量化鋼汽車覆蓋件項目ULSAS-Ultralight Steel Auto Suspensions，超輕量化鋼汽車懸架項目ULSAB-AVC (Advanced Vehi

7、cle Concepts)，超輕量化鋼先進汽車項目項目的目標： 比基準參照車減重200 kg汽車工程研究院材料部.13.一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀1.5 國內汽車輕量化現(xiàn)狀汽車輕量化技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟由科技部推動的首個汽車技術聯(lián)盟，是由汽車工程學會、一汽、東風、奇瑞、吉利、長安、哈工大、寶鋼和西南鋁業(yè)等12家單位共同參與。于2007年12月27日在寧波成立，為中國汽車輕量化技術的發(fā)展提供交流的平臺，也促進了中國汽車輕量化技術的推廣與應用。.14.國內車身輕量化技術水平相對較低，與國外主要存在的差距：1）結構優(yōu)化設計能力的不足，制約了輕量化技術的廣泛應用；2）受制成本的壓力，高強輕質材料的應

8、用還有待提升。汽車工程研究院材料部一、汽車輕量化的意義與國內外現(xiàn)狀1.5 國內汽車輕量化現(xiàn)狀國內外輕量化技術指標的的比較-車身輕量化系數(shù)和剛度.15.ManufactureConceptuallightweightMaterialchoiceStructuraloptimizationCostcontrol汽車工程研究院材料部二、汽車輕量化的實現(xiàn)途徑與要求2.1 汽車輕量化途徑汽車輕量化是設計、材料與制造技術的集成應用汽車工程研究院材料部.16.高強度鋼的應用熱成形激光拼焊板變形鋁合金（型材和板材）零件部件化以塑代鋼底盤高強度鋼的應用；輕合金(鎂鋁)替代鋼液壓成型零件部件化動力系統(tǒng)輕合金替代鑄

9、鐵高強鑄鐵替代傳統(tǒng)鑄鐵以塑代鋼內外飾以塑代鋼鎂合金生物纖維材料整車各系統(tǒng)輕量化的思路二、汽車輕量化的實現(xiàn)途徑與要求2.1 汽車輕量化途徑車身.17.應用于汽車零部件輕量化：剛度不變前提下的體積最小化；體積不變前提下的剛度、模態(tài)或強度等性能的最大化。汽車工程研究院材料部二、汽車輕量化的實現(xiàn)途徑與要求2.1 汽車輕量化途徑 輕量化結構優(yōu)化技術.18.公司某款發(fā)動機油底殼進行結構的優(yōu)化情況，實現(xiàn)減重7，同時降低了成本（原材料）。汽車工程研究院材料部二、汽車輕量化的實現(xiàn)途徑與要求2.1 汽車輕量化途徑輕量化結構優(yōu)化技術優(yōu)化前優(yōu)化后受力狀態(tài)SteelAluminiumDC01B340LADP500/80

10、0BTR1656061-T6m/m21彎曲（懸臂）11110.5拉伸10.60.30.20.4扭轉(開口)11110.5扭轉(封閉)11111三點彎曲10.60.30.20.4抗凹性10.60.50.30.3注：m1為替換前零件的重量，m2為替換材料后零件的重量。.19.a. 彎曲（懸臂）b.拉伸c.薄壁管扭轉（開口和封閉） d.管三點彎曲e.抗凹性各種受力狀態(tài)下，保持原有性能不變，輕量化材料與傳統(tǒng)材料的重量比輕量化材料的減重潛力分析 輕量化結構優(yōu)化技術二、汽車輕量化的實現(xiàn)途徑與要求2.1 汽車輕量化途徑 在保證原有零部件使用性能的前提下，輕量化材料表現(xiàn)出很大的減重潛力； 實際的零件往往是不同

11、受力狀態(tài)的綜合，因此輕量化結構優(yōu)化分析是必須的。汽車工程研究院材料部汽車工程研究院材料部.20.剛度分析整車安全性分析FF結構強度分析模態(tài)分析鈑金件成形分析F二、汽車輕量化的實現(xiàn)途徑與要求2.1 汽車輕量化途徑輕量化設計中的CAE技術汽車工程研究院材料部.21.二、汽車輕量化的實現(xiàn)途徑與要求2.2 汽車輕量化的要求 應在保證汽車整體性能不受影響的前提下，最大限度地減輕各零部件的質量。 輕量化汽車必須滿足耐撞安全性、NVH 等性能。 汽車輕量化必須兼顧質量性能成本。汽車工程研究院材料部.22.材料高強度鋼板鋁合金鎂合金靜音鋼板塑料及復合材料.工藝激光拼焊熱壓成型液壓成型輥壓成型連接技術三、汽車輕

12、量化材料與工藝簡介汽車輕量化材料與工藝簡介汽車工程研究院材料部.23.三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.1 高強度鋼板汽車用高強鋼定義INTERNATIONAL IRON & STEEL INSTITUTEThe define of HSS for auto by tensile strength汽車工程研究院材料部.24.三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.1 高強度鋼板The define of HSS for auto by yield strength優(yōu)點汽車工程研究院材料部.25.與有色金屬相比：價格低，經濟性好；強度高, 剛性好；直接利用現(xiàn)有生產線裝配,節(jié)約設備投資成本。優(yōu)點高強

13、度鋼板特點與普通鋼板相比:高強度,延長疲勞壽命；高能量吸收率；高防撞性、抗凹性。均價增加10%25%,零件厚度可減薄10%20%,因此單件成本基本不變; 成形性較差，易開裂； 回彈大； 所需設備噸位大；缺點3.1 高強度鋼板三、汽車輕量化材料與工藝簡介汽車工程研究院材料部.26.NISSAN QASHQAI車身結構圖2007年國外典型轎車車身高強度鋼板應用比例3.1 高強度鋼板三、汽車輕量化材料與工藝簡介VOLVO車身材料示意圖汽車工程研究院材料部.27.Add Your TextAdd Your TextAdd Your Text三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.1 高強度鋼板高強度鋼要用對整

14、車安全性的貢獻汽車工程研究院材料部.28.5%45%7%Fiat 500車身材料屈服強度分布8%35%1000MPa25%29%2%44%180MPa200MPa-320MPa340MPa-450MPa450MPa-700MPa奇瑞存在的不足：1.超高強鋼板用量少，高強鋼主要集中在210-340MPa之間；2.熱壓成型和滾壓成型等輕量化新工藝受成本的制約，推廣力度不夠，影響公司整體輕量化水平。三、汽車輕量化材料與工藝簡介B16車身材料屈服強度3.1 高強度鋼板汽車工程研究院材料部.29.TiguanAUDI A2三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.2 鋁合金一. 特點 密度約為鋼的1/3，單件可輕

15、量化50左右； 比強度高； 耐蝕性耐候性好； 可100回收；二. 發(fā)展趨勢及典型案例鍛鋁轉向節(jié)鍛鋁上控制臂鋁合金發(fā)蓋外板鋁合金發(fā)蓋內板.30.成本高；沖壓、翻邊性能欠佳；連接技術障礙；涂裝不易實現(xiàn)，尤其主機廠混線生產；汽車工程研究院材料部三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.2 鋁合金奇瑞鋁合金的應用現(xiàn)狀奇瑞鋁合金的應用，目前以鑄件為主，比例約占整車備重的10左右；鍛造鋁合金在底盤零部件得到批量應用，減重效果達到50%以上。鋁合金發(fā)蓋內外板完成試制，重量降低30%，成本增加2倍；鋁板未能批量應用原因分析汽車工程研究院材料部.31.四. 國內外現(xiàn)狀一. 特點 密度約為鋼的1/4，單件輕量化50以上；

16、可100%回收； 減震性能好，抗沖擊，降噪； 尺寸穩(wěn)定性好，裝配精度高； 產品高度集成化，節(jié)省布置空間； 生產率高，模具壽命長；三. 典型應用案例三、汽車輕量化材料與工藝簡介二. 鎂合金發(fā)展趨勢3.3 鎂合金汽車工程研究院材料部.32.儀表板骨架減重64.6%第三排座椅骨架減重49.2%三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.3 鎂合金五. 鎂合金減重效果對比汽車工程研究院材料部.33.三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.3 鎂合金六. 奇瑞應用現(xiàn)狀 90%以上的方向盤采用鎂合金制造； B12儀表板骨架已批量應用，減重50%以上;在“十五”鎂合金滾動項目和國家“863”項目中開發(fā)研制了發(fā)電機支架、氣門室罩

17、蓋、方向盤骨架、轉向油泵支架、空調壓縮機支架等多個零部件。 參與“十一五”鎂合金項目；汽車工程研究院材料部.34.一.定義靜音鋼板是采用高強度的粘彈性阻尼材料將傳統(tǒng)的（鍍鋅）鋼板粘結成類似“三明治”的復合鋼板，以達到吸音降噪的效果。由于該粘彈性阻尼材料的粘結強度大，且其中添加了導電離子，復合鋼板仍然可以像傳統(tǒng)的鋼板一樣進行沖壓、焊接和涂裝。4-sided EG or hot-dip (forcorrosion protection)黏彈性的夾層(.025mm)雖然靜音鋼板是普通鋼板價格的兩倍左右，但是與隔音墊材料和普通鋼板的成本總和相比，基本持平; 減重由于降低了隔音墊的密度，使整個總成的重量

18、減少了（靜音鋼板與普通鋼板相比重量基本不變）。靜音鋼板結構示意圖SteelSteel二. 成本特點三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.4 靜音鋼板應用部位零件名國內外應用情況Powertrain油底殼DaimlerChrysler：2.4L、3.7L、4.7L、5.7LOilPan；3.5L/4.0LFrontCover、41TETransmissionCover等GeneralMotors：6.6LDieselOilPan；3.5LFrtCvr等Ford：2.4LOilPan；2.0L/2.2LFrtCover；ECUCover等Toyota：1.9LOilPan等氣門室罩蓋柴油機的正時罩蓋變速

19、箱蓋BodyStructure前擋板Dodgecaravan、DaimlerChryslerVoyager、JeepCommander、FordMountaineer等前地板輪罩后底板汽車工程研究院材料部.35.三. 國外應用現(xiàn)狀備注：目前應用技術最為成熟，且提高NVH性能最為顯著的是dash panel（前擋板）和oil pan（油底殼）。三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.4 靜音鋼板.36.T111.9D前擋板汽車工程研究院材料部三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.5 激光拼焊板四. 奇瑞應用現(xiàn)狀在S12減重、T11+1.9D項目中推進了靜音鋼板的應用開發(fā)，完成靜音鋼板材料的性能分析。減重3KG

20、，增加10元。supplypartsAUDIA3rearmemberAUDIA6FrontLongitudinalFordFocusB-PillarVWBorafrontfloorGM,OPELAstraLongitudinalBMW5/VWGolfDoorinner.37.三. 發(fā)展趨勢及典型案例中立柱行李箱加強板行李箱內板后輪罩側圍內板B柱連接件輪罩橫梁保險杠門內板汽車工程研究院材料部前地板前縱梁減震器支座三、汽車輕量化材料與工藝簡介二. 國內資源分析3.5 激光拼焊板一. 特點蕪湖威仕科（奇瑞-武鋼）-2011年投產汽車工程研究院材料部.38.B16B25S12三、汽車輕量化材料與工藝簡

21、介3.5 激光拼焊板四. 奇瑞應用現(xiàn)狀A3前縱梁采用激光拼焊，通過合理的材料應用和結構的優(yōu)化設計，使縱梁的壓潰形式達到較為理想的狀態(tài)，模擬與實車碰撞結果基本一致。拼焊板縱梁變形的模擬與實車碰撞經過對比拼焊板與普通方案x方向加速度對比此外，還在B25，S12和B16等車型上應用了拼焊板，降低了零件的重量，提高了材料利用率。汽車工程研究院材料部.39.二. 特點得到超高強度（1500MPa）的車身零件；減輕車身重量,提高車身安全性、舒適性；改善沖壓成形性,控制回彈，提高零件尺寸精度；提高表面硬度、抗凹性和耐腐蝕性；成本增加50%左右;三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.6 熱壓成型一. 概述板材熱成型

22、工藝就是將鋼板加熱到奧氏體溫度區(qū)間（約900）進行熱沖壓，同時在模具內對沖壓件快速冷卻（淬火），可制造抗拉強度達到1400MPa以上的部件。三. 發(fā)展趨勢及國內外應用情況汽車工程研究院材料部.40.五. 國內外資源1、本特勒該公司在熱成型方面具有領先優(yōu)勢，在國內設有長春、上海兩個工廠，目前在國內是唯一能批量件的廠家，已批量供貨的產品有標致307CC的A柱加強管、大眾B6的B柱、速騰B柱、斯柯達B柱和防撞板、POLO的前后保險桿和B柱等。2、韓國浦項原材料自己生產，目前有四條熱成型生產線，可批量制造抗拉強度1500MPa左右的零部件,零件性價比較高,重點推薦;3、寶鋼原材料自己生產，已引進德國熱

23、壓成形線（08年3月份安裝），08下半年年即可批量供貨。三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.6 熱壓成型四. 典型零件分析汽車工程研究院材料部.41.B柱加強板前保橫梁A柱加強管三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.6 熱壓成型奇瑞熱壓成形的應用熱壓成形件的開發(fā)與應用，使整車安全性得到顯著提高。目前已開發(fā)的零件有B柱加強板、Door Beam、前保險桿橫梁和A柱加強管等，單車最多應用5件。汽車工程研究院材料部.42.一. 概述二. 技術優(yōu)勢三.發(fā)展趨勢及典型案例液壓成型包括管材液壓成型和板材液壓成型。管材液壓成型在汽車上應用比較廣泛主要通過加壓裝置對封閉在模腔內部充滿液體的管件施加一定的壓力，使液體具有

24、極高內壓力并流動，迫使管壁向內腔形狀的空間流動而成型。三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.7 液壓成型汽車工程研究院材料部.43.一款改進車型預采用液壓成型副車架，減少零件的數(shù)量（由34個沖壓件減少到23個），提高零件強度、剛度和使用壽命，減重約30% 。 計劃在中高檔車型中采用“液壓成型”副車架平臺；三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.7 液壓成型車型零件CAMERY凱美瑞前后保輥壓件結構豐田ACR50L-GFPGK前保輥壓件結構汽車工程研究院材料部.44.二. 特點 材料利用高（高達98%）； 易于控制材料流動，可以實現(xiàn)一些超高強鋼成形； 產品成形精度較高； 生產效率高; 零件截面受限制,要求統(tǒng)一

25、截面.三. 國內外應用情況3.8 輥壓成型一. 概述輥壓成型就是由旋轉的壓輥，對物料施以擠壓、摩擦，使通過輥隙的物料在此作用下形成一定形狀、規(guī)格，從而制成符合要求的零部件。三、汽車輕量化材料與工藝簡介汽車工程研究院材料部.45.前后保險杠系列車門窗框系列車門玻璃滑槽系列三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.8 輥壓成型四. 典型應用案例汽車工程研究院材料部.46.五.奇瑞現(xiàn)狀前后保險杠、門防撞板（輥壓后再沖壓）、門檻等，常采用輥壓成形件。目前我公司B22、H13、M14前保都采用輥壓成形，其中B22采用強度級別達到1300MPa。3.8 輥壓成型三、汽車輕量化材料與工藝簡介.47.PPO+PA翼子板

26、即將批量應用PPO+PA加油口蓋，已批量汽車工程研究院材料部塑料翼子板采用高性能塑料，重量減輕40以上；奇瑞某車型已成功開發(fā)在線噴涂塑料翼子板和加油口蓋；三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.9 塑料及復合材料奇瑞高性能塑料應用現(xiàn)狀汽車工程研究院材料部.48.汽車儀表板（PP-LFT）進氣歧管（尼龍增強）換擋底座和油門踏板（PP-LFT）前端模塊目前復合材料應用主要集中在GMT、PP-LFT以及纖維增強尼龍材料；奇瑞某車型已成功開發(fā)GMT發(fā)動機防護罩、換擋底座、油門踏板、進氣歧管和儀表板骨架等； 在某款車型上開發(fā)前端模塊和門模塊；防護罩（GMT）三、汽車輕量化材料與工藝簡介3.9 塑料及復合材料奇瑞復合材料應用現(xiàn)狀.49.一. 概述粉末冶金是一種以金屬粉末（包括混入非金屬粉末）為原料，用成形和燒結方法制取的材料與制品的技術。用這種方法制造的零件被稱為粉末冶金零件和燒結零件。2. 適合大批量生產,大大節(jié)約能耗；3.成本低(變速箱齒轂用粉末冶金降本80元/車)4. 徑向尺寸公差精度僅次于磨削加工 ；5. 與精密鍛造、鍛造、冷壓、拉拔成形、磨削加工相比，表面粗糙度僅次