欧洲轻量化车身用钢及铝合金的竞争与挑战

欧洲轻量化车身用钢及铝合金的竞争与挑战路洪洲中信微合金化技术中心目录11轻量化车身用铝及钢的现状2车身轻量化选材及设计机理3钢及铝在不同级别车型的应用4铝合金在2012年ECB的应用5钢与铝的竞争与挑战1.轻量化车身用铝及钢的现状2不完全统计，个全球乘用车车型数量500全球乘用车车身应用铝合金的车型数量120中国产乘用车车型数量320中国乘用车车身应用铝合金的车型数量~251.轻量化车身用铝及钢的现状3品牌车型BMW宝马3系，宝马5系，宝马6系，宝马7系，宝马X5，宝马X6，宝马Z4，宝马Z8，BMWM1，M3，M5，M6，X5M，X6M，i3及i8（底盘）等AUDIA2，A3，A5，A6，A7，A8，Q2（crosslane），Q3，Q5，Q7，TT，R8Spyder，S3，S6，S7，S8，RS4，RS6，RS7等BENZ120SEC，BenzC-ClassNew4-Cyl，BenzC63AMGCoupe，BenzNewSCLsupercoupe，NewSLsupercoupe，BenzE-L(W212），Mercedes-BenzB-Class等本田HondaInsight，HondaNSX,讴歌RLX,讴歌NSX,AcuraRL,09款讴歌TL等日产Infinitifx35,Infinitiex25,日产天籁,日产Leopard(英菲尼迪原型车),MSX，NissanLEAF,日产370ZRoadster,SkylineCoupe,轩逸,日产Altima,日产FairladyZ等标致雪铁龙307，207，206，C4，C5等捷豹路虎All-NewRangeRover，JaguarXJ，RangeRoverEvoque，RangeRoverdiscovery，RangeRoverdefender等，通用CadillacATS，CadillacCTS,CadillacSRX，GMAcadia,ChevroletTaho，OpelMeriva，OpelZafiraTourer，OPELASTRA,科鲁兹,君威，别克GL8,BuickEnclave,BuickLucerne,Chryslertown&Country,ChevroletServerman等菲亚特AlfaRomeoGiulietta，等多数车型没在中国制造，要么尚未导入国内、要么以进口的方式在国内销售！！※全铝车型的销量都不会太大※国产铝材供货有问题1.轻量化车身用铝及钢的现状4%1%74%6%15%All-NewRangeRover所有高强度钢比例，%PH比例，%Al板比例，%Al型材比例,%Al铸件比例,%2%23%11%30%34%LotusEvoramild比例，%所有高强度钢比例，%Al板比例，%Al型材比例,%其他，%5%3%1%77%5%6%3%JaguarXJmild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al板比例，%Al型材比例,%Al铸件比例,%其他，%5%6%-1%34%16%37%2%Merc-BenzSLclassmild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al板比例，%Al型材比例,%Al铸件比例,%其他，%30%63%7%AudiR8SpyderAl板比例，%Al型材比例,%Al铸件比例,%2009~2012年ECB共展示了42款车型，其中22款车型应用铝合金1.轻量化车身用铝及钢的现状16%52%10%10%0%4%8%BMW5SerGTmild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al板比例，%Al型材比例,%Al铸件比例,%其他，%29%41%11%14%3%2%0%AudiA6Limousinemild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al板比例，%Al型材比例,%Al铸件比例,%其他，%36%56%5%3%OpelMerivamild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al型材比例,%44%49%3%4%RangeRoverEvoquemild比例，%所有高强度钢比例，%Al板比例，%其他，%18%59%11%12%CitroënC4mild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al板比例，%31%58%6%3%2%CadillacATSmild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al板比例，%Al铸件比例,%1.轻量化车身用铝及钢的现状628%58%11%2%1%AlfaRomeoGiuliettamild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al型材比例,%其他，%40%55%3%2%OPELASTRAmild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al板比例，%27%66%4%3%OpelZafiraTourermild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al型材比例,%34%58%5%2%1%0%saab9-5sedanmild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al板比例，%Al型材比例,%其他，%28%66%3%3%0%Mercedes-BenzB-Classmild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al板比例，%其他，%38%45%14%3%VolvoS60mild比例，%所有高强度钢比例，%PH比例，%Al板比例，%1.轻量化车身用铝及钢的现状1.轻量化车身用铝及钢的现状全铝车身：铝的应用替代了钢钢铝混合车身：铝的应用替代了软钢目录91轻量化车身用铝及钢的现状2车身轻量化选材及设计机理3钢及铝在不同级别车型的应用4铝合金在2012年ECB的应用5钢与铝的竞争与挑战2.车身轻量化选材及设计机理10覆盖件弯曲刚度扭转刚度结构强度抗凹痕性能√行人保护2.车身轻量化选材及设计机理11覆盖件性能钢板铝板弹性模量21000072200抗拉强度270230密度7.82.7泊松比0.30.34剪切模量8100026900𝐡𝑨𝒍𝐡𝑺𝒕𝒆𝒆𝒍=𝑬𝑺𝒕𝒆𝒆𝒍𝟑𝑬𝑨𝒍𝟑𝒎𝑨𝒍𝒎𝑺𝒕𝒆𝒆𝒍=𝝆𝑨𝒍𝑬𝑨𝒍𝟑𝝆𝑺𝒕𝒆𝒆𝒍𝑬𝑺𝒕𝒆𝒆𝒍𝟑基于相同弯曲刚度1.40.52.车身轻量化选材及设计机理12覆盖件基于相同结构强度基于相同扭转刚度h𝐴𝑙h𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙=𝑅𝑚𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙𝑅𝑚𝐴𝑙𝑚𝐴𝑙𝑚𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙=𝜌𝐴𝑙𝑅𝑚𝐴𝑙𝜌𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙𝑅𝑚𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙※刚度只与弹性模量及结构的惯性矩有关h𝐴𝑙h𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙=𝐺𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙3𝐺𝐴𝑙3𝑚𝐴𝑙𝑚𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙=𝜌𝐴𝑙𝐺𝐴𝑙3𝜌𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙𝐺𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙3性能厚度比（hAl/hSteel）重量比（mAl/mSteel）弯曲刚度1.40.5结构强度1.20.4扭转刚度1.440.551.440.551.20.42.车身轻量化选材及设计机理13覆盖件基于抗凹性※抗凹性与厚度以及屈服应力有关系（2%应变后及烘烤后）：1.0mm2.车身轻量化选材及设计机理14覆盖件基于行人保护※行人保护性能更多的取决于结构设计，当然和应变速率敏感性有一定关系DifferentinnerstructuresThefirstacceleration,gThesecondacceleration,gHICA851831370B542602210C772181545D532672513E7914611882.车身轻量化选材及设计机理15车身弯曲刚度扭转刚度结构强度NVH2.车身轻量化选材及设计机理16车身假设2：厚度不可变，结构尺寸可变假设1：厚度可变，结构尺寸不可变2.车身轻量化选材及设计机理17车身bendingstiffness2.车身轻量化选材及设计机理18车身torsionstiffness2.车身轻量化选材及设计机理19车身结构空间不允许×不能实现轻量化×但是※从另一个角度来说，钢制构件改变结构也可以达到较好的轻量化效果目录201轻量化车身用铝及钢的现状2车身轻量化选材及设计机理3钢及铝在不同级别车型的应用4铝合金在2012年ECB的应用5钢与铝的竞争与挑战3.钢及铝在不同级别车型的应用21A级乘用车（A00/A0/A/小型SUV等）B级和C级等中高级乘用车成本、造型、油耗、可靠性、维修钢材为主配置、造型、品牌（性能：安全、操控等）、成本、油耗、可靠性车身以钢材为主，部分覆盖件及前后保横梁使用铝合金豪华乘用车品牌、舒适性1）高强度钢为主+覆盖件及前后保横梁使用铝合金2）全铝车身+热成形+高强钢+非金属车型关注点车身选材要求MPV等高强度钢为主舒适性、品牌、造型中大型SUV等越野性能、品牌、造型、油耗1）高强度钢为主+覆盖件及前后保横梁使用铝合金2）全铝车身+热成形+高强钢+非金属用材所长、因材施用：高强度钢+热成形+铝合金目录221轻量化车身用铝及钢的现状2车身轻量化选材及设计机理3钢及铝在不同级别车型的应用4铝合金在2012年ECB的应用5钢与铝的竞争与挑战4.铝合金在2012年ECB的应用23覆盖件：发罩路虎新揽胜奔驰新SL奥迪A34.铝合金在2012年ECB的应用24覆盖件：发罩※翻边的设计※高弯曲性能的板材开发4.铝合金在2012年ECB的应用25保安件及型材结构件:前保横梁本田CIVIC卡迪拉克ATS4.铝合金在2012年ECB的应用26保安件及型材结构件:前保横梁路虎新揽胜奥迪A34.铝合金在2012年ECB的应用27保安件及型材结构件:仪表支架及后保铸造车身件奔驰新SL路虎新揽胜卡迪拉克目录281轻量化车身用铝及钢的现状2车身选材及设计机理3钢及铝在不同级别车型的应用4铝合金在2012年ECB的应用5钢与铝的竞争与挑战5.钢与铝的竞争与挑战29强度范围从270~1800MPa价格4000~10000元人民币车身机构强度高安全成本低易于成本控制钢材的特性（相对）影响应用效果（相对）焊接和涂装性能好工艺成熟、成本低、工艺简单易于连接和涂装成形性高弹性模量高构件成品率低，适用更多工艺选择，便于改变构件结构便于成本和制造工艺控制；易于提高构件惯性矩，更好地实现轻量化相同结构，构件刚度高更薄、重量更轻密度高相同结构，构件重量高轻量化效果有限，可达到25%设计准则及供货成熟构件通用性好，设计和制造周期短选择余地大5.钢与铝的竞争与挑战30强度范围从210~600MPa价格20000~40000元人民币车身机构强度中等需要优化结构才能达到安全等效果成本高不易于成本控制铝材的特性（相对）影响应用效果（相对）焊接和涂装性能不好主机厂需改变连接线和涂装线不易于连接和涂装可以型材形势供货弹性模量低复杂结构一次成型，易于更改几何结构，易于提高构件的惯性矩，简化制造工艺便于提高构件刚度，更好地实现轻量化，利于成本降低相同结构，构件刚度低，构件尺寸需提高厚度提高；构件占空间增大密度低相同结构，构件重量低轻量化效果可达到40%设计准则及供货不成熟设计和制造周期长（回弹、模具设计等）选择余地小应变敏感性低易于吸能、安全和行人保护在外力下易变形可以铸件形式供货易于降低成本复杂结构一次成型，简化制造工艺，降低构件数量5.钢与铝的竞争与挑战31铝：存在的技术问题现状及现有方案需解决问题板材供货1）西南铝、财发、明泰；2）神户/爱丽/诺贝里斯中国基地外资品牌贵；国产技术不成熟板材拆垛气吸-下料毛边调整下料模具构件设计经验不足需要进一步加强模具设计经验不足需要进一步加强卷边开裂已经明晰了1)弯曲开裂机理2)铝合金构件与钢件的翻边模具差异1)需要研究组织的控制对性能的实际影响2)铝合金构件翻边模具设计链接方式供货商可提供铝合金的螺栓连接、铆接、粘结、激光焊接等设备及方案主机厂产线需建立，连接工艺需摸索涂装工艺供货商可提供钢铝混合涂装的设备及磷化液主机厂产线需优化55%1.5%3.0%40%0.5%HSS+AHSS+UHSS铝合金热成形软钢其他48%10%13%25%4%HSS+AHSS+UHSS铝合金热成形软钢其他45%20%11%18%6%HSS