汽车轻量化材料与工艺PDF版

汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.1.汽研院材料部金属科李军汽车轻量化材料与工艺汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.2.主要内容一．汽车轻量化的意义与国内外现状二．汽车轻量化的实现途径与要求三．汽车轻量化材料与工艺方案简介四．奇瑞轻量化工作存在的困难汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.3.加速时间减少8%加速时间减少8%排放量减少10%排放量减少10%制动距离减少5%制动距离减少5%转向力减小6%转向力减小6%轮胎寿命提高7%轮胎寿命提高7%原材料成本降低原材料成本降低轿车重量减轻10％一、汽车轻量化的意义与国内外现状1.1汽车轻量化的意义。。。。。。油耗减少6%-8%油耗减少6%-8%汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部1.6吨，综合油耗10L，减重10%车的使用寿命按50万km计燃油消耗节能二氧化碳节能用户减少的油费增效二氧化硫氮氧化物原材料生产节能车企原材料消耗节省粉煤灰等减排3.8吨标煤9.17吨2.2万元0.08吨0.036吨0.19吨标煤0.16万元约1.1吨单车单一车型/50万190万吨标煤458.5万吨110亿元4万吨1.8万吨9.5万吨标煤8亿元约55万吨节能减排效果1.1汽车轻量化的意义一、汽车轻量化的意义与国内外现状汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.5.1.1汽车轻量化的意义汽车轻量化对新能汽车的续航里程的影响一、汽车轻量化的意义与国内外现状一、汽车轻量化的意义与国内外现状汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.6.2008年3.7亿吨，2009年3.9亿吨，石油的对外依赖度已超过50%；预计我国汽车保有量2020年将达到1.3亿。交通运输用油占石油消费总量的41%1.2汽车轻量化的必要性一、汽车轻量化的意义与国内外现状汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.7.日益苛刻的整车安全、环保要求；消费者对汽车越来越多的功能需求，舒适性、可靠性、智能化等要求。一、汽车轻量化的意义与国内外现状1.2汽车轻量化的必要性汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.8.汽车行业：车身轻量化系数（LightWeightIndex）1.3轻量化技术指标32TMkgL=10CANm/degm轴距轮距整备质量功率百公里油耗＝脚印面积比功率燃油经济性K国内正在研究的一些指标整备质量）载质量＋额定乘员质量装载质量（昀大允许装载质量利用系数＝乘用车：载重货车：一、汽车轻量化的意义与国内外现状汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.9.车身单位体积重量BIW重量长宽高1.3轻量化技术指标一、汽车轻量化的意义与国内外现状汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.10.1.PNGVThePartnershipforaNewGenerationofVehicles：“新一代汽车合作伙伴计划”，1993年，美国克林顿政府。主要技术路线包括整车轻量化应用技术。1.4国外汽车轻量化现状美国2.FreedomCARCooperativeAutomotiveResearch：“自由合作汽车研究”。2002年，美国布什政府，2003年改为theFreedomCARandFuelPartnershipPlan，也把汽车轻量化都是其中的核心技术路线之一。PNGV-ClassBodyStructure一、汽车轻量化的意义与国内外现状汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.11.SuperLIGHT-CAR是一项在欧盟计划下，由欧洲9个国家和地区的38家机构共同参与的合作研发项目。在满足汽车相同性能如刚度、碰撞安全、耐疲劳及耐腐蚀等要求的情况下，实现白车身减重30%。欧洲SuperLIGHT-CAR白车身材料构成1.4国外汽车轻量化现状一、汽车轻量化的意义与国内外现状汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.12.WorldAutoSteel联盟成功开展了著名的ULSAB项目（UltraLightSteelAutoBody，超轻量化钢汽车车身项目），1994年启动，1998年结束。期间及随后开展的系列项目还包括：ULSAC-UltralightSteelAutoClosure，超轻量化钢汽车覆盖件项目ULSAS-UltralightSteelAutoSuspensions，超轻量化钢汽车悬架项目ULSAB-AVC(AdvancedVehicleConcepts)，超轻量化钢先进汽车项目项目的目标：比基准参照车减重200kgNCAP碰撞安全等级燃油经济性:3,2/4,5l/100km环保性能：CO2=86-108g/km制造经济性：USD10000世界钢铁联盟的ULSAB系列项目1.4国外汽车轻量化现状一、汽车轻量化的意义与国内外现状汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.13.由科技部推动的首个汽车技术联盟，是由汽车工程学会、一汽、东风、奇瑞、吉利、长安、哈工大、宝钢和西南铝业等12家单位共同参与。于2007年12月27日在宁波成立，为中国汽车轻量化技术的发展提供交流的平台，也促进了中国汽车轻量化技术的推广与应用。1.5国内汽车轻量化现状汽车轻量化技术创新战略联盟一、汽车轻量化的意义与国内外现状汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.14.国内车身轻量化技术水平相对较低，与国外主要存在的差距：1）结构优化设计能力的不足，制约了轻量化技术的广泛应用；2）受制成本的压力，高强轻质材料的应用还有待提升。1.5国内汽车轻量化现状国内外轻量化技术指标的的比较-车身轻量化系数和刚度一、汽车轻量化的意义与国内外现状汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.15.ManufactureConceptuallightweightMaterialchoiceStructuraloptimization2.1汽车轻量化途径Costcontrol二、汽车轻量化的实现途径与要求汽车轻量化是设计、材料与制造技术的集成应用汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.16.车身高强度钢的应用热成形激光拼焊板变形铝合金（型材和板材）零件部件化以塑代钢底盘高强度钢的应用；轻合金(镁铝)替代钢液压成型零件部件化动力系统轻合金替代铸铁高强铸铁替代传统铸铁以塑代钢内外饰以塑代钢镁合金生物纤维材料2.1汽车轻量化途径整车各系统轻量化的思路二、汽车轻量化的实现途径与要求汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.17.轻量化结构优化技术应用于汽车零部件轻量化：刚度不变前提下的体积最小化；体积不变前提下的刚度、模态或强度等性能的最大化。2.1汽车轻量化途径二、汽车轻量化的实现途径与要求汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.18.公司某款发动机油底壳进行结构的优化情况，实现减重7％，同时降低了成本（原材料）。轻量化结构优化技术2.1汽车轻量化途径二、汽车轻量化的实现途径与要求优化前优化后汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.19.a.弯曲（悬臂）b.拉伸c.薄壁管扭转（开口和封闭）d.管三点弯曲e.抗凹性注：m1为替换前零件的重量，m2为替换材料后零件的重量。0.30.30.50.61抗凹性0.40.20.30.61三点弯曲11111扭转(封闭)0.51111扭转(开口)0.40.20.30.61拉伸0.51111弯曲（悬臂）m2/m16061-T6BTR165DP500/800B340LADC01AluminiumSteel受力状态在保证原有零部件使用性能的前提下，轻量化材料表现出很大的减重潜力；在保证原有零部件使用性能的前提下，轻量化材料表现出很大的减重潜力；各种受力状态下，保持原有性能不变，轻量化材料与传统材料的重量比轻量化材料的减重潜力分析轻量化结构优化技术2.1汽车轻量化途径二、汽车轻量化的实现途径与要求实际的零件往往是不同受力状态的综合，因此轻量化结构优化分析是必须的。实际的零件往往是不同受力状态的综合，因此轻量化结构优化分析是必须的。汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.20.刚度分析整车安全性分析轻量化设计中的CAE技术FF结构强度分析模态分析钣金件成形分析F2.1汽车轻量化途径二、汽车轻量化的实现途径与要求汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.21.应在保证汽车整体性能不受影响的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量。轻量化汽车必须满足耐撞安全性、NVH等性能。汽车轻量化必须兼顾质量——性能——成本。2.2汽车轻量化的要求二、汽车轻量化的实现途径与要求汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.22.材料高强度钢板铝合金镁合金静音钢板塑料及复合材料…..工艺激光拼焊热压成型液压成型辊压成型连接技术汽车轻量化材料与工艺简介三、汽车轻量化材料与工艺简介汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.23.汽车用高强钢定义————INTERNATIONALIRON&STEELINSTITUTEThedefineofHSSforautobytensilestrength3.1高强度钢板三、汽车轻量化材料与工艺简介汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.24.ThedefineofHSSforautobyyieldstrength3.1高强度钢板三、汽车轻量化材料与工艺简介汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.25.与有色金属相比：价格低，经济性好；强度高,刚性好；直接利用现有生产线装配,节约设备投资成本。缺点优点优点高强度钢板特点与普通钢板相比:高强度,延长疲劳寿命；高能量吸收率；高防撞性、抗凹性。均价增加10%~25%,零件厚度可减薄10%~20%,因此单件成本基本不变;成形性较差，易开裂；回弹大；所需设备吨位大；3.1高强度钢板三、汽车轻量化材料与工艺简介汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.26.VOLVO车身材料示意图NISSANQASHQAI车身结构图2007年国外典型轿车车身高强度钢板应用比例3.1高强度钢板三、汽车轻量化材料与工艺简介汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.27.AddYourTextAddYourTextAddYourText高强度钢要用对整车安全性的贡献三、汽车轻量化材料与工艺简介3.1高强度钢板汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.28.Fiat500车身材料屈服强度分布35%5%8%45%7%180MPa200MPa-320MPa340MPa-450MPa450MPa-700MPa1000MPaB16车身材料屈服强度25%29%2%44%180MPa200MPa-320MPa340MPa-450MPa450MPa-700MPa奇瑞存在的不足：1.超高强钢板用量少，高强钢主要集中在210-340MPa之间；2.热压成型和滚压成型等轻量化新工艺受成本的制约，推广力度不够，影响公司整体轻量化水平。三、汽车轻量化材料与工艺简介3.1高强度钢板汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.29.一.特点密度约为钢的1/3，单件可轻量化50％左右；比强度高；耐蚀性耐候性好；可100％回收；二.发展趋势及典型案例三、汽车轻量化材料与工艺简介TiguanAUDIA23.2铝合金汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.30.锻铝上控制臂奇瑞铝合金的应用，目前以铸件为主，比例约占整车备重的10％左右；锻造铝合金在底盘零部件得到批量应用，减重效果达到50%以上。铝合金发盖内外板完成试制，重量降低30%，成本增加2倍；锻铝转向节铝合金发盖外板铝合金发盖内板奇瑞铝合金的应用现状铝板未能批量应用原因分析成本高；冲压、翻边性能欠佳；连接技术障碍；涂装不易实现，尤其主机厂混线生产；三、汽车轻量化材料与工艺简介3.2铝合金汽车工程研究院材料部汽车工程研究院材料部.31.二.镁合金发展趋势一.特点密度约为钢的1/4，单件轻量化50％以上；可100%回收；减震性能好，抗冲击，降噪；尺寸稳定性好，装配精度高；产品高度集成化，节省布置空间；生