SAECCE 2020“汽车轻量化材料与工艺协同创新”成功举办

10月28日,2020中国汽车工程学会年会暨展览会与第七届国际智能网联汽车技术年会期间,汽车轻量化材料与工艺分会场在上海汽车会展中心三层第九、十会议室成功举行。本分会场由汽车轻量化技术创新战略联盟、国汽(北京)汽车轻量化技术研究院有限公司协办。来自企业、高校、科研院所、行业组织等约100名专业嘉宾光临本分会场。

会场由吉林大学教授、汽车轻量化联盟专家委主任王登峰和湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室主任徐世伟共同主持。

王登峰教授和徐世伟主任做了精彩的开场演讲。汽车质量降低一半,燃料消耗也会降低将近一半。由于环保和节能的需要,汽车材料与工艺的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。另一方面,实现轻量化目标的前提是汽车的安全标准不能降低,那么如何在保证安全性的基础上进行轻量化还有诸多困难。本次会议的目的就是对于汽车轻量化的一些关键技术问题进行介绍与探讨。

夏明生经理介绍了高强钢材料解决方案实践,包括充分利用钢种多相种组成发挥组合效应,开发多功能结合的高强钢。介绍了具有良好弯折与低边部裂纹敏感性CP钢在弯折、冷弯性能的评估。另外,增强成形性的双相钢DH通过形变诱导塑性,加工硬化速率适中,在某些场合代替DP钢具有明显优势。在应用方面,唐钢特色的冷、热成形铝硅镀层(AS)材料、铝镁镀层(ZAM)汽车板。唐钢开展了基于25%偏置碰的1.5GPa一体化热冲压门环,后桥壳轻量化与低成本技术开发,电池包壳体、座椅、货车箱体的轻量化解决方案。高强钢失效处的应变远高于其他区域,唐钢通过单轴拉伸真实断裂应变和真实均匀应变精确地对局部开展表征对比,对基于零件特征的用材具有指导意义。

王存宇教授说明了新能源汽车轻量化,尤其是铝合金一体化零件需求的强烈性。针对这一点,钢总院推广高强度高塑性钢生产一体式冷成形件和中锰钢温成形生产一体式超高强度技术。强度、冷弯性能、冲击和撕裂性能与热成形工艺相比均有明显提高。其表面少无氧化脱碳,微观组织细,质量好。抵抗局部减薄能力优于硼钢。在连接工艺方面,采用电阻点焊技术,适用于工业产线。总的来说,中锰钢具有低奥氏体化温度,其温成形技术对力学性能有利,未来有望向生产马氏体钢发展,具有非常好的应用前景。

宋凯教授介绍了超高强管梁HMGF+Q技术在25%偏置碰的轻量化应用。液压成形薄壁管件抗扭转刚度高,但高强钢、铝合金塑性差、热影响区域弱。因此,热气胀技术应运而生,在特斯拉、牧马人等产品中有应用实例。热气胀与液压成形相比,设计自由度大,生产效率高,精度高,材料利用率高,成本低,轻量化效果好。在偏置碰撞过程中,热气胀零件弯折变形小,采用热气胀A柱的车辆结构等级评定量产车状态提升一个等级,乘员损伤也提升了一个等级,对于提高汽车零部件安全性能具有广阔的发展前景。

张金生主管介绍了超高强三维辊弯A柱上加强件结构设计。在25%偏置碰测试中,A柱上加强件对保护乘员舱完整性意义重大。以新一代钢制车身车型热成型零件为例,通过新材料新工艺提升A柱区域结构强度,并在此基础上进行轻量化设计已经在国内得到发展。借鉴新版福克斯采用22MnB5变厚度管的ACCRA类似热气胀成型工艺,长安汽车通过截面参数化设计,基于C-NCAP整车碰撞工况中,提取截面力作为输入载荷;采用超高强钢辊压、高频焊、3D弯曲成型工艺,应用于1700MPa级别加强件。在轻量化效果方面,实现减重19%。在偏置碰撞实验结果来看,达成五星碰撞安全设计要求。在应用前景方面,福特下一代车型多采用3D辊弯零件,可拓展应用于A柱加强件等封闭结构。

李盛良主任介绍了铝合金材料在奇瑞新能源蚂蚁车身上的应用。以铝型材生产的零部件在讴歌、迈凯伦和阿斯顿马丁等产品中有成熟的应用。其中eQ5蚂蚁采用铝框架车身和复合材料覆盖件,铝合金材料占总重50%以上。在车身设计体系,基于封闭截面铝型材结构环的笼式结构车身,采用车身架构关键部件优化,安全试验测试结果为五星,轻量化系数为2.63。采用绕弯、辊弯和拉弯等零部件弯曲成型工艺,结合使用采用力、位移一体化高精度焊接。由于电阻点焊、激光焊、搅拌摩擦焊、SPR、FDS和MIG焊等连接工艺在铝合金车身应用中都有一定局限性,经过评估,决定采用MIG焊作为主要连接工艺。为尽可能降低焊接中的热输入,采用低热输入焊接工艺方法。此外,基于视觉引导技术的应用与开发,确保了焊接电弧在焊接位置的准确性和高可靠性。未来随着更多新材料有铝型材的广泛应用,奇瑞将在设计和成型工艺中贡献更多的力量。

李坤经理介绍了Tailored玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GMT)增强工艺后防撞梁。GMT是整车轻量化的主要材料,各大汽车厂已经开始尝试将其应用于防撞梁等汽车安全构件。GMT后防撞梁强度、刚度和壁厚都有严格要求,目前吉利、江淮、起亚、现代、雪佛兰和JEEP等品牌都有应用。GMT的吸收冲击能力比SMC高3倍,在冲击力作用下不会出现裂纹。后防撞梁减重能达到65%。生产工序减少,装配效率高,碰撞后形状可恢复,可回收再生利用。由此可见,GMT在今后的防撞部件的应用将越来越广泛。

随学永总监介绍了塑料背门的轻量化设计开发。塑料背门造型特点包括溜背造型、贯穿式尾灯和牌照板,较金属方案减重20%以上,在VOC检测上有优势。塑料后背门在承员安全、外观造型和耐久性方面挑战很大。由此,合众集团采用了料厚的优化设计,改进了模态和装配变形;内板与加强钣金采用十字定位销栓固定,在锁安装区域增加加强板;基于DTS设计定义DMU及运动分析,并对工艺路线和模流进行分析;总成压合过程中采用火焰处理;装配方案中增加定位辅助装配;采用模具预变形补偿设计提升精度。经过两年时间的设计开发,塑料背门已经满足一系列应用标准,具有广阔的市场。

程志毅总监介绍了汽车轻量化结构机械连接技术及产品标准化。湖北博士隆集团具有先进的冷镦,数控加工,热处理,表处理,中试试验技术,参与制定6项铆接国家标准制定。在薄板类机械连接技术上,博士隆提出新型电磁自冲铆接技术,完成了异种材料的连接方案,包括镁钢、镁铝连接。在中厚板中高强度连接,采用拉丝铆钉/口杯铆接工艺,可应用于高铁、地铁等场景。在压铆螺母有上千种规格。创新型地提出挤胀式凸缘套筒螺母及二代产品,解决了实体厚实结构连接的强度加强问题。另外,在电池包结构机械连接工艺包括模组与托盘,下托盘与上盖、电池箱体与车架的连接也有应用。开发了低成本的防电化学腐蚀耐久接线螺柱。博士隆集团在连接技术和产品标准化做出了突出的成就,对我国的汽车轻量化结构设计发展做出了贡献。

石子英经理介绍了混合性材料连接的铆接工艺。一浦莱斯公司在轻量化的铆接工艺尤其是轻量化单侧连接技术(FDS)做了一系列的研究,例如结构设计边界条件:对于低强度材料使用铆钉,对于高强度材料预先冲孔。铆钉的质量检验与影响因素必须严格控制,其检测包括外观、扭矩、力学、防腐和铆接质量大数据库。一浦莱斯在锁铆、无铆等工艺中都建立了铆接过程监控系统,可及时发现质量缺陷。对于SPR和FDS连接,一浦莱斯掌握了汽车轻量化领域的先进技。

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