汽车轻量化-材料与工艺

,.1.,汽车轻量化材料与工艺,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,制动距离减少5%,轮胎寿命提高7%,转向力减小6%,原材料成本降低,。,汽车工程研究院材料部,.3.,轿车重量 减轻10,制动距离减少5% 轮胎寿命提高7% 转向力减小6% 原材料成本降低 。,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% 加速时间减少8% 排放量减少10%,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,节能,原材料生产节能 二氧化碳 二氧化硫 氮氧化物 粉煤灰等 用户减少 的油费 车企原材料 消耗节省,减排 增效,0.19吨标煤 9.17吨 0.08吨 0.036吨 约1.1吨 2.2万元 0.16万元,单车 3.8吨标煤,单一车型/50万 190万吨标煤,9.5万吨标煤 458.5万吨 4万吨 1.8万吨 约55万吨 110亿元 8亿元,1.1 汽车轻量化的意义 节能减排效果,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,.5.,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 1.1 汽车轻量化的意义,.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。 汽车工程研究院材料部,交通 运输 用油 占石 油消 费总 量的 41%,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,.7.,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 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。,Nm/degm2 10 ,轮距轴距,汽车工程研究院材料部,.8.,L=,M kg 3 CT A ,百公里油耗 功率 整备质量,燃油经济性 比功率脚印面积,K , 国内正在研究的一些指标,装载质量（最大允许装 载质量额定乘员质量） 整备质量,乘用车：,载重货车： 载质量利用系数,一、汽车轻量化的意义与国内外现状 1.3 轻量化技术指标 汽车行业：车身轻量化系数（Light Weight Index）,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,一、汽车轻量化的意义与国内外现状 1.3 轻量化技术指标,汽车工程研究院材料部,.10.,一、汽车轻量化的意义与国内外现状 1.4国外汽车轻量化现状 美国 1.PNGV The Partnership for a New Generation of Vehicles： “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。 PNGV-Class Body Structure 2.Freedom CAR Cooperative Automotive Research： “自由合作汽车研究”。 2002年，美国布什政府，2003年改为the FreedomCAR and Fuel Partnership Plan，也把汽车轻量化都是其中的核心技术路线之一。,.11.,SuperLIGHT-CAR白车身材料构成 汽车工程研究院材料部,一、汽车轻量化的意义与国内外现状 1.4国外汽车轻量化现状 欧洲 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%。,汽车工程研究院材料部,.12., ,NCAP碰撞安全等级 燃油经济性: 3,2/4,5 l/100 km 环保性能：CO2 = 86-108 g/km 制造经济性： USD 10 000,一、汽车轻量化的意义与国内外现状 1.4国外汽车轻量化现状 世界钢铁联盟的ULSAB系列项目 WorldAutoSteel联盟成功开展了著名的ULSAB项目（UltraLight Steel Auto Body，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-Ultralight Steel Auto Closure，超轻量化钢汽车覆盖件项目 ULSAS-Ultralight Steel Auto Suspensions，超轻量化钢汽车悬架项目 ULSAB-AVC (Advanced Vehicle Concepts)，超轻量化钢先进汽车项目 项目的目标： 比基准参照车减重200 kg,汽车工程研究院材料部,.13.,一、汽车轻量化的意义与国内外现状 1.5 国内汽车轻量化现状 汽车轻量化技术创新战略联盟 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。,.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。 汽车工程研究院材料部,一、汽车轻量化的意义与国内外现状 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,.15.,Manufacture,Conceptual lightweight,Material choice,Structural optimization,Cost control 汽车工程研究院材料部,二、汽车轻量化的实现途径与要求 2.1 汽车轻量化途径 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,.16.,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,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 2.1 汽车轻量化途径 车身,.17.,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。 汽车工程研究院材料部,二、汽车轻量化的实现途径与要求 2.1 汽车轻量化途径 轻量化结构优化技术,.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）。 汽车工程研究院材料部,二、汽车轻量化的实现途径与要求 2.1 汽车轻量化途径 轻量化结构优化技术,优化前,优化后,.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,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,二、汽车轻量化的实现途径与要求 2.1 汽车轻量化途径, 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； 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,F,F,结构强度分析,模态分析,钣金件成形分析,F,二、汽车轻量化的实现途径与要求 2.1 汽车轻量化途径 轻量化设计中的CAE技术,汽车工程研究院材料部,.21.,二、汽车轻量化的实现途径与要求 2.2 汽车轻量化的要求 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。,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,三、汽车轻量化材料与工艺简介 汽车轻量化材料与工艺简介,汽车工程研究院材料部,.23.,三、汽车轻量化材料与工艺简介 3.1 高强度钢板 汽车用高强钢定义INTERNATIONAL IRON & STEEL INSTITUTE The define of HSS for auto by tensile strength,汽车工程研究院材料部,.24.,三、汽车轻量化材料与工艺简介 3.1 高强度钢板 The define of HSS for auto by yield strength,优点,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。,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； 缺点,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,.26.,NISSAN QASHQAI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 VOLVO车身材料示意图,汽车工程研究院材料部,.27.,Add Your Text Add Your Text Add Your Text,三、汽车轻量化材料与工艺简介 3.1 高强度钢板 高强度钢要用对整车安全性的贡献,汽车工程研究院材料部,.28.,5%,45%,7%,Fiat 500车身材料屈服强度分布 8% 35% 180MPa 200MPa-320MPa 340MPa-450MPa 450MPa-700MPa,1000MPa,25%,29%,2%,44%,180MPa,200MPa-320MPa 340MPa-450MPa 450MPa-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 B16车身材料屈服强度,3.1 高强度钢板,汽车工程研究院材料部,.29.,Tiguan,AUDI A2,三、汽车轻量化材料与工艺简介 3.2 铝合金 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,锻铝转