汽车轻量化制造技术现状与发展(共-40张)课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,我国汽车材料替换革命的思考,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。,我国,节能与新能源汽车产业发展规划（,20122020,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。,2010,年世界各国汽车燃油效率限额,过去二十年，美国汽车油耗要求每年降低,1%,。而,20102025,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,。,2014,年被称为电动汽车元年,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。,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。,纯电动车整车质量与续航能力关系,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,CAF,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。,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,.,总重量,(Kg),1550,1407,1253,1154,1011,行程,(Km),186,203.6,226.6,244.3,275.5,纯电动车整车质量与续航能力关系,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%,。,轻量化是汽车节能和环保，提高续航能力最有效措施之一。,轻量化是实现节能减排的有效手段,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,%,。,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,的减少以及,PHS,的增加，使车身重量减轻,。,低碳钢,（,260-270MPa,）,烘烤硬化钢,（,300-390MPa,）,HSLA,（,440-650MPa,）,DP600,（,590-980MPa,）,PHS,（,900-1500MPa,）,2005,41%,12%,-,目前,12%,20%,25%,30%,12%,未来,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。,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。,各种性能的钢材在车身的应用与发展,车身高强度钢的使用趋势,沃尔沃公司在,VOLVO XC90,车身制造中同时采用冷、热冲压工艺,2006,2020,年国内先进,/,超高强钢冲压模市场规模预测,热冲压工艺示意图,卷材,下料,加热,传送,冲压并,迅速冷却,热冲压工艺示意图,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,机械科学院先进中心完成的,高强度钢热冲压中试线,德国,BENTLER,公司中国工厂生产高强钢零件,德国,BENTLER,公司中国工厂生产高强钢零件（续）,铝合金汽车的发展,铝合金成形工艺进步,高性能,铝合金铸件,液压成型件,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,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。,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。,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。,Audi A8,全铝车身,Text,铝合金冲压覆盖件,铝合金挤压型材,铝合金压铸,件,MIG,焊、铆接,减重,40%,静态扭转刚度提高,40%,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。,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。,预胀,充液拉深,国际铝合金车身成形技术,GM,开发的铝合金汽车覆盖件成形设备,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。,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）,我们的差距,欧、美、日等国铝合金板材在汽车上的应用呈现快速发展势头（,见表）。,而我国尚处于研发阶段，目前还没有任何一家国产汽车整车厂有应用铝合金大型板材零件的实例.,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。,国家,汽车厂家,汽车型号,车身零部件,合金牌号,德国,保时捷,928,覆盖件，翼子板,AC120,梅赛德斯,-奔驰,120SEC,覆盖件，行李舱盖,AC120，5000系列,法拉利,Testarossa,覆盖件，后翼子板,5000，6000系列,英国,罗孚,Hande ROVER