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汽汽 车轻量化制造技量化制造技术现状与状与发展 展 机械科学研究总院 陈 长年 20142014年年3 3月月2626日 日 上海 上海 全球汽全球汽 车产业处于材料革命前夜于材料革命前夜 着眼于可持着眼于可持续发展展 节能能环保成保成为汽汽 车工工业亟待解决的两大亟待解决的两大问题 特特别是是大范大范围雾霾天霾天 气倒逼汽气倒逼汽 车产业大大调整整 调整目整目标集中在集中在 新能源 新能源 新材料新材料 先先进发动机机 三大方面三大方面 随着新随着新 能源汽能源汽 车的的举步步维艰 材料材料转换的重要性日的重要性日渐凸凸显 我国我国 节能与新能源汽能与新能源汽 车产业发展展规划 划 2012 2020年年 提出提出 到到2015年年 当年生当年生产的乘的乘 用用 车油耗降至油耗降至6 9升升 百公里百公里 节能型乘用能型乘用 车油耗降至油耗降至5 9升升 百公里以下百公里以下 较现行行标准降低准降低 2 6L 2 6L 2020年降至年降至5 0升升 百公里百公里 节能型乘用能型乘用 车油耗降至油耗降至4 5升升 百公里以下百公里以下 商用商用 车新新 车油油 耗接近国耗接近国际先先进水平水平 20102010年世界各国汽年世界各国汽 车燃油效率限燃油效率限额 过去二十年去二十年 美国汽美国汽 车油耗要求每年降低油耗要求每年降低1 1 而而2010 20252010 2025年年则每年要求降低每年要求降低4 4 美国美国 规定截至定截至 20162016年汽年汽 车油耗要达到油耗要达到 6 6 6 6升升 百公里百公里 较美国美国现行行标准降低准降低2 6L2 6L 20252025年达到年达到 4 184 18升升 百公里百公里 轻量化已成量化已成为国国际 车企企发展的目展的目标 GMGM公司提出公司提出 供供应商的零部件每减重商的零部件每减重1kg1kg 愿愿额外支外支 付付3 63 6美元美元 汽汽 车是人是人类文明文明发展的重要展的重要 见证物物 它伴随着它伴随着 材料的材料的发展而展而发展展 从最初的自然材料 木材 从最初的自然材料 木材 到后来的到后来的铸铁 中碳中碳钢 高高强度度钢 轻质金属金属 复合材料的使用复合材料的使用 每一次材料每一次材料应用的用的创新都会新都会 带来汽来汽 车技技术的的 飞跃 可以 可以说是一代材料是一代材料 一一 代汽代汽 车 批量使用碳纤维SMC的 Dodge Viper 一代材料一代材料 一代汽一代汽 车 总重量 Kg 1550 1407 1253 1154 1011 行程 Km 186 203 6 226 6 244 3 275 5 纯电动 车整整 车质量与量与续航能力关系航能力关系 研究表明研究表明 约75 75 的油耗与整的油耗与整 车质 量有关量有关 降低汽降低汽 车质量 量 就可有效就可有效 降低油耗以及排放降低油耗以及排放 目前目前 大量研大量研 究表明究表明 汽汽 车质量每下降量每下降10 10 油耗油耗 下降下降6 8 6 8 排放降低排放降低4 4 轻量化是汽量化是汽 车节能和能和环保保 提高提高续航能力最有效措施之一航能力最有效措施之一 轻量化是量化是实现节能减排的有效手段能减排的有效手段 多种多种 材料材料 混合混合 应用用 是汽是汽 车轻 量化量化 的的发 展方展方 向向 GM的corvette Z06 车 年产几千至几万辆 车前端采用铝 镁合金件 车身结 构采用AHSS 车底板采用复合材料 甚至钛合金也已应用于此 车型 多种轻量 化新材料应用于此 车型 代表了汽 车工业发展的方向 先先进高高强度度钢 AHSSAHSS 的的发展展 在白在白 车身中身中 低碳低碳钢与与 高高强低合金低合金钢 HSLA 的的 重量比呈下降重量比呈下降趋势 约 束淬火高束淬火高强钢 PHS 的的 重量比呈上升重量比呈上升趋势 烘烘 烤硬化烤硬化钢的用量将的用量将维持持 不不变 通通过低碳低碳钢 HSLA的减的减 少以及少以及PHS的增加的增加 使使 车 身重量减身重量减轻 低碳低碳钢 260 270MPa260 270MPa 烘烤硬化烘烤硬化钢 300 390MPa300 390MPa HSLAHSLA 440 650MPa440 650MPa DP600DP600 590 980MPa590 980MPa PHSPHS 900 1500MPa900 1500MPa 2005 2005 41 41 12 12 目前目前 12 12 20 20 25 25 30 30 12 12 未来未来 12 12 20 20 15 15 25 25 28 28 第三代第三代AHSSAHSS发研研发目目标 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 美国汽美国汽 车业高高强钢的目的目标 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 各种性能的各种性能的钢材在材在 车身的身的应用与用与发展展 车身高身高强度度钢的使用的使用趋势 n 沃尔沃公司在VOLVO XC90 车身制造中同时采用冷 热冲压工艺 n 2006 2020年国内先进 超高强钢冲压模市场规模预测 冷冲冷冲压过程中回程中回弹问题 先进 超高强度钢在冷冲压过程中不仅会造成较大的弯曲回弹 和扭曲变形 而且还会产生严重的侧壁卷曲 sidewall curl 这将严重影响冲压件的形状尺寸精度和整 车装配 DP600和HSLA450冲压件的回弹差异 DP600 HSLA450 侧壁卷曲 热冲压工艺示意图 卷材 下料 加热 传送 冲压并 迅速冷却 热冲冲压工工艺示意示意图 热冲冲压工工艺的的优点点 回回弹极小极小 成形精度好 成形精度好 高延展率高延展率 高高强度 度 减重 减重 极好的碰撞安全性极好的碰撞安全性 机械科学院先机械科学院先进中心完成的中心完成的高高强度度钢热冲冲压中中试线 德国德国BENTLERBENTLER公司中国工厂生公司中国工厂生产高高强钢零件零件 德国德国BENTLERBENTLER公司中国工厂生公司中国工厂生产高高强钢零件 零件 续 铝合金汽合金汽 车的的发展展 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 2002年年 全新奥迪全新奥迪A8A8通过使用性能更好的通过使用性能更好的 大型铝铸件和液压成型部件 大型铝铸件和液压成型部件 车身零件数量车身零件数量 从从5050个减 至个减 至2929个个 车身框架完全闭合车身框架完全闭合 这种结构不仅使车身的扭转刚度提 高了这种结构不仅使车身的扭转刚度提 高了60 60 还还 使车重减少使车重减少50 50 新 一代奥迪新 一代奥迪Q7Q7将采用全铝车身 将采用全铝车身 英国捷豹英国捷豹 XKXK更是将铝合 金技术与轻量化优势发挥到极致更是将铝合 金技术与轻量化优势发挥到极致 不仅车身零件总数从不仅车身零件总数从5 185 18 9 9个降 至个降 至2 7612 761个个 车身刚性提 高了车身刚性提 高了4848 新 一代路虎车身重量比上 一代减重新 一代路虎车身重量比上 一代减重420420千克千克 车车 身的钢材料替换为铝合 金身的钢材料替换为铝合 金 并采用单壳体式车身并采用单壳体式车身 比上 一代钢制车壳体减重 高达比上 一代钢制车壳体减重 高达39 39 前副车架采用铝合 金材料铸造前副车架采用铝合 金材料铸造 减轻减轻1414千克千克 后副车架采用单件空 心铸件后副车架采用单件空 心铸件 减轻了减轻了1515 千克千克 凯迪拉克凯迪拉克ATS ATS 的前机盖采用铝合 金冷冲压 工艺的前机盖采用铝合 金冷冲压 工艺 减震塔采用真空薄壁压铸技术减震塔采用真空薄壁压铸技术 发发 动机支架采用铝合 金挤压件焊接结构动机支架采用铝合 金挤压件焊接结构 保险杠采用铝合 金挤压件保险杠采用铝合 金挤压件 车门采用铝合 金成形车门采用铝合 金成形 车身其它部位车身其它部位 结构件结构件 底板底板 覆盖件采用钢材覆盖件采用钢材 前后轴重达到前后轴重达到50 50 50 50 可与可与 BMW3BMW3系竞争 系竞争 德国亚琛汽车技术公司研究表明德国亚琛汽车技术公司研究表明 铝制电动汽车比钢结构电动汽车减重铝制电动汽车比钢结构电动汽车减重357357磅磅 汽车的电池容量降低汽车的电池容量降低3 33 3千瓦时的同时千瓦时的同时 保持原来的保持原来的124124英里的范围英里的范围 若采用更低容量的若采用更低容量的 电池减重电池减重5555磅磅 这样使铝制电动汽车比钢制电动车重量减少这样使铝制电动汽车比钢制电动车重量减少412412磅磅 每辆车的成本将会降每辆车的成本将会降 低低13241324美元美元 数据是基于年产的数据是基于年产的1010万辆车得出的结论万辆车得出的结论 我国铝合 金汽 车发展 浙江 金港汽车有限公司建设了年产浙江 金港汽车有限公司建设了年产50005000台 高档铝合 金全承载车身及客车平台 高档铝合 金全承载车身及客车平 台的 生产基地台的 生产基地 预计预计20132013年投产年投产 20152015年达产年达产 在引进先进的 铝合 金 在引进先进的 铝合 金 全承载 全承载 双层 双层 等 高新技术的基础上等 高新技术的基础上 广泛应用 广泛应用 有限元和可靠性分析技术有限元和可靠性分析技术 采用现代国际领先的底盘技术采用现代国际领先的底盘技术 经过设计和 生产 人经过设计和 生产 人 员不断的努 力探索和改进员不断的努 力探索和改进 设计并 生产了设计并 生产了 铝合 金轻量化 铝合 金轻量化 系列客车系列客车 主要车型主要车型 包括包括 7M7M铝合 金奔驰商务车铝合 金奔驰商务车 8 68 6米和米和1414米铝合 金奔驰机场摆渡车米铝合 金奔驰机场摆渡车 1212米和米和13 713 7 米铝合 金全承载奔驰豪华旅游车米铝合 金全承载奔驰豪华旅游车 以及以及8 58 5米和米和10 510 5米铝合 金全承载公交车米铝合 金全承载公交车 新增成品油运输半挂罐车全部用铝合 金罐车新增成品油运输半挂罐车全部用铝合 金罐车 国内铝合 金油罐车制造始于国内铝合 金油罐车制造始于20002000年年 主要来自外资油品企业的需求主要来自外资油品企业的需求 20082008 年国内油品运输企业开始使用铝合 金油罐车年国内油品运输企业开始使用铝合 金油罐车 到到20102010年铝合 金油罐车的需求量年铝合 金油罐车的需求量 由初期的由初期的1010辆迅速增加到辆迅速增加到10001000辆辆 据中集通华介绍据中集通华介绍 铝合 金半挂罐车比传统的铝合 金半挂罐车比传统的 碳钢车可碳钢车可减轻减轻4 4吨吨 即在不超载的前提下多载即在不超载的前提下多载4 4吨吨 汽车尾 气排放限制 力度加 大汽车尾 气排放限制 力度加 大 对油品及油罐车的材质有了品质要求对油品及油罐车的材质有了品质要求 自自20122012年开始年开始 中国 石油决定若没有中国 石油决定若没有 特殊情况特殊情况 新添成品油运输半挂罐车全部用铝合 金油罐车新添成品油运输半挂罐车全部用铝合 金油罐车 Audi A8全全铝 车身身 Text 铝 合 金 冲 合 金 冲 压 覆 盖 件 覆 盖 件 铝 合 金 合 金 挤 压 型 材 型 材 铝 合 金 合 金 压 铸 件件 MIG焊 铆接接 减重减重40 静静态扭扭转刚度提高度提高40 铝合金汽合金汽 车板材板材 管材充液拉深技管材充液拉深技术 充液拉深技充液拉深技术是改善是改善铝合金合金 车身覆盖身覆盖 件件变形均匀性形均匀性 增加增加结构构刚度的有效度的有效 途径途径 由于由于铝合金材料的硬化指数合金材料的硬化指数值低低 属属 加工硬化效果加工硬化效果较弱的材料弱的材料 只有通只有通过 较大的大的变形才能形才能实现较理想的硬化 理想的硬化 为克服普通拉深所克服普通拉深所产生的生的变形量小形量小 变形不均匀的形不均匀的问题 利用液利用液压先先进行行 预胀变形形 再再进行液行液压作用下的作用下的充液 充液 拉深拉深成形技成形技术 整个成形整个成形过程中面板程中面板 部分部分经历两次两次变形形 应变硬化效果硬化效果显 著著 因此因此 能能够提高提高铝合金覆盖件的可合金覆盖件的可 成形性成形性 改善改善变形均匀性的充液拉深形均匀性的充液拉深 成形技成形技术是是铝合金等低塑性合金等低塑性 难成形成形 轻质材料板材零件成形的有效途材料板材零件成形的有效途经 预胀 充液拉深充液拉深 铝合金板材冷合金板材冷 温冲温冲压成形技成形技术 冷冲冷冲压成形的关成形的关键技技术是是铝板冲板冲压回回弹预测与与补偿技技术 国内外都有一些成功的案例国内外都有一些成功的案例 如如 奇瑞公司用冷冲奇瑞公司用冷冲压方法方法 成形出成形出发动机盖板机盖板 为让成形性和回成形性和回弹控制控制远比比钢板材料差的板材料差的铝合金板材在合金板材在 各种复各种复杂工况工况 复复杂零件形状下能零件形状下能够成功成形成功成形 90年代中年代中 后期后期 国国际上就开始了上就开始了铝合金汽合金汽 车覆盖件温冲覆盖件温冲压 超塑成超塑成 形的研究形的研究 如如 瑞士的瑞士的ForTech AG公司公司 英国英国 AREOMET进行汽行汽 车覆盖件的超塑成形已有十几年覆盖件的超塑成形已有十几年 美美 国通用汽国通用汽 车公司建立了一个公司建立了一个专 门的的热成形成形 车间 进行行铝 合金汽合金汽 车覆盖件的生覆盖件的生产 2001年北京机年北京机电研究所曾与意大利菲研究所曾与意大利菲亚特公司合作特公司合作 温温 冲冲压 温度 温度约400 成形出成形出轿 车前翼子板前翼子板 与冷成形相比与冷成形相比 热冲冲压 超塑气超塑气胀复合成形工复合成形工艺仅需十分需十分 简易的凸模和精密的凹模就可成形出复易的凸模和精密的凹模就可成形出复杂的覆盖件的覆盖件产品品 而成品率而成品率则可提高到可提高到90 以上以上 温冲温冲压生生产线由大型均温加由大型均温加热炉 大炉小模具 炉 大炉小模具 专用高用高 速冲速冲压机机 及模具及模具组成成 能适能适应各种零件形状的各种零件形状的 车身薄板身薄板 覆盖件覆盖件 厚板厚板结构件的批量生构件的批量生产 国内状况 温成形生产工艺 加热温度 保温时间 冲压参数等 隔热抓拾装置 大尺寸覆盖件温成形 专用箱式加热炉 技术空白 E 生产线集成控制与可靠运行生产线集成控制与可靠运行 E 温成形零件质量稳定性控制温成形零件质量稳定性控制 是实现产业化之路的重中之重是实现产业化之路的重中之重 温成形模具设计 制造 市场需求 领先技术优势 国国际铝合金合金 车身成形技身成形技术 GM 开开发的的铝合金汽合金汽 车覆盖件成形覆盖件成形设备 超塑成形 SPF 在美国通用 GM 的应用 汽汽 车覆盖件快速塑性成形工覆盖件快速塑性成形工艺 QPF 成形成形时间降到了降到了15秒以内秒以内 某某 车型后背型后背 门内板内板镁合金和外板合金和外板铝合合 金气金气胀超塑性温成形超塑性温成形 在快速液在快速液压机机 上成形每件只需上成形每件只需1 2分分钟 车身身铝板温板温 冷成形冷成形 应用于高档 用于高档 车 以3000T以3000T设备为核心的核心的铝合金汽合金汽 车覆盖件充液拉深生覆盖件充液拉深生产线 日本Amino 日本Amino 我们的差距 欧欧 美美 日等国日等国铝合合 金板材在汽金板材在汽 车上的上的应用呈用呈 现快速快速发展展势头 见表 表 而我国尚而我国尚处于研于研发阶段段 目前目前还没有任何一家国没有任何一家国产 汽汽 车整整 车厂有厂有应用用铝合金合金 大型板材零件的大型板材零件的实例例 现在液在液压成型的生成型的生 产线全世界有全世界有250条条 中国不中国不 到到5条条 正正规生生产的也就是的也就是 两条两条 原因是合原因是合资品牌品牌现 在都在都进口口 热成型生成型生产线国国际上上 有有150条条线 中国尚没有一中国尚没有一 条条自主品牌的生自主品牌的生产线 虽 然宝然宝钢有所引有所引进 但是但是现 在尚没有量在尚没有量产 这些在国些在国际上已上已经 形成了数千形成了数千亿欧元的欧元的产值 国家国家 汽汽 车厂家厂家 汽汽 车型号型号 车身零部件身零部件 合金牌号合金牌号 德国德国 保保时捷捷 928 覆盖件覆盖件 翼子板翼子板 AC120 梅梅赛德斯 奔德斯 奔驰 120SEC 覆盖件覆盖件 行李行李舱盖盖 AC120 5000系列5000系列 法拉利法拉利 Testarossa 覆盖件覆盖件 后翼子板后翼子板 5000 6000系列6000系列 英国英国 罗孚孚 Hande ROVER 前翼子板前翼子板 意大意大 利利 Lamborghini Kountak 所有外部装所有外部装饰件件 5000 6000系列6000系列 Zagagurrd Stelvio 所有外部装所有外部装饰件件 5000 6000系列6000系列 美国美国 通用通用 凯迪拉克迪拉克 覆盖件覆盖件 顶盖盖 AC120 5000系列5000系列 克莱斯勒克莱斯勒 切切诺基基 机盖板机盖板 6000系列系列 瑞典瑞典 沃沃尔沃沃 760GlE 覆盖件覆盖件 活活动顶 5000 6000系列6000系列 日本日本 马自达自达 SavannoRX 7 覆盖件外板覆盖件外板 GZ45 覆盖件内板覆盖件内板 G4B Rixlster 覆盖件内外板覆盖件内外板 GC45 Casmo 覆盖件内板覆盖件内板 KS5030 日日产 Infiniti 覆盖件内外板覆盖件内外板 5000系列系列 Leopard 车身外板身外板 6000系列系列 本田本田 Msx 车身内板身内板 5050 车身框架身框架 5182 加加强件件 折叠活折叠活顶 5052 法国法国 标致致 307 车 门外板外板 6000系列系列 508 车 门外板外板 发动机盖机盖 板板 6000系列系列 铝合金先合金先进铸造技造技术 铝合金真空合金真空压力力铸造造 半固半固态挤压铸造造 Cosworth铸造造 是国是国际上新出上新出现的先的先 进铸造技造技术 真空真空压力力铸造与普通造与普通压铸相比相比 增加了抽真空操作增加了抽真空操作 可将型腔中的气体抽出可将型腔中的气体抽出 金金 属液在真空状属液在真空状态下充填型腔下充填型腔 减少了卷入的气体减少了卷入的气体 铸件可件可进行行热处理理 力学性能力学性能 高于普通高于普通压铸件件 美国美国蓝石超高真空薄璧石超高真空薄璧铸造技造技术全球全球领先先 铸件精度高件精度高 壁厚壁厚 2 4mm 重量重量3 12kg 气孔含量很少气孔含量很少 具有高具有高强 高延展高延展 可可热处理理 可可焊接接 可可 铆接等特点接等特点 半固半固态挤压铸造不造不仅可可实现液液态金属金属挤压成型而且成型而且还可可实现处于半固于半固态的金属的金属 浆料料挤压成型成型 此 此浆料具有料具有较好的流好的流动性以及 球状性以及 球状 显微微组织 可成形可成形较为复复 杂的的铸件件 而且而且铸件具有 件具有优良的力学性能以及良的力学性能以及较高的近高的近净成形程度成形程度 英国英国Cosworth公司于公司于70年代末年代末发明了明了Cosworth工工艺 是生是生产大大 马力全力全铝发动 机的先机的先进铸造技造技术 它是一种精确它是一种精确锆英英树脂自硬砂造型脂自硬砂造型 在可控气氛在可控气氛压力下充力下充 型的型的铸造工造工艺 铝 车身可靠身可靠连接技接技术1 机械连接技术 铝合金合金导热率高率高 采用采用传统电阻点阻点焊技技术 连接能耗极高接能耗极高 而且而且质量量难以保以保证 目前国外汽目前国外汽 车制造厂商大量采用自冲制造厂商大量采用自冲铆 接接 自切削螺自切削螺钉等机械等机械连接方法接方法实现铝合合 金金连接接 该技技术目前由英国目前由英国Henrob 美美 国国Emhart 德国德国Bollhoff等国外公司所等国外公司所 垄断断 上海交通大学提出一种从自冲上海交通大学提出一种从自冲铆接接接接头 形成到接形成到接头性能性能评价的全数字化方法以价的全数字化方法以 实现铆接工接工艺的的优化化 铝 车身可靠身可靠连接技接技术2 2 焊接技接技术 目前除大量采用目前除大量采用锁铆 自切削螺自切削螺钉 自攻螺自攻螺钉 冲冲联工工艺及胶 粘及胶 粘 接等非接等非 熔化熔化连接方法外接方法外 还大量采用大量采用MIG焊 激光激光焊 包括激光熔 包括激光熔焊 激光激光钎焊 激光激光 MIG电弧复合弧复合焊 搅拌摩擦拌摩擦焊 其中激光其中激光 MIG电弧复合弧复合焊接是新型先接是新型先进焊接技接技术 大众汽大众汽 车Phaeton前前 门 48处激光激光 MIG焊道道 激光与激光与电弧复合并非是激光与弧复合并非是激光与电弧的弧的简单叠加叠加 复合后具复合后具 有有 1 1 21 1 2 的的焊接效果接效果 激光激光 电弧复合弧复合热源源焊接技接技术是一种是一种优质高效的高效的 新型新型焊接技接技术 是当前最有是当前最有应用前景的用前景的焊接新技接新技术之一之一 激光激光 MIG电弧复合弧复合焊技技术概况 概况 MIG焊 激光激光焊 复合复合焊 焊缝成形比成形比较 激光激光 电弧复合弧复合焊接原理接原理图 搅拌摩擦拌摩擦焊 商用商用喷气客机的气客机的搅拌摩擦拌摩擦焊焊接接 构件 构件 搅拌摩擦摩擦焊接接Delta II型 火箭航天 燃料贮箱 火箭整体火箭整体搅拌摩擦拌摩擦焊 缝达达2100米米 挪威挪威MARINE公司船用公司船用宽幅幅铝合合 金金搅拌摩擦拌摩擦焊 铝 车身可靠连接技术3 柔性化包边技术 车身覆盖于外形身覆盖于外形质量要求高量要求高 精度控制精度控制严 传统模模压包包边投入大投入大 柔性差柔性差 机器人机器人滚压 工工艺 roller hemming 成成为包包边柔性化的必然柔性化的必然趋势 国外成熟的汽国外成熟的汽 车设备供供应商已具商已具备了柔性化了柔性化铝合金包合金包边技技术 如如 德国德国ThyssenKrupp 美国美国Hirotec 德国德国Edag 英国英国DVA等公司等公司 目前目前 国内国内铝合金覆盖件配套的包合金覆盖件配套的包边设备供供 应商主要是欧美企商主要是欧美企业 铝合金合金 车 门包包边系系统主要有以下主要有以下设备 1 机器人系机器人系统 包包边工作站的工作站的执行行单元元 为包包边或抓取件提供或抓取件提供动力力 一台机器人的情况一台机器人的情况 下下 包包边一个一个 车 门所需所需时间大大约150 180s 要达到要达到60s以上包以上包边节拍需要拍需要设置置5台机器人台机器人 其中其中4台用于包台用于包边 一台用于抓取件并提供一台用于抓取件并提供压紧力力 2 包包边胎膜胎膜 是用来定位及支撑是用来定位及支撑 车 门外板外板 其其结构是根据构是根据 车 门外板形状仿形而成外板形状仿形而成 3 转台台 为提高包提高包边节拍拍 通常措施是分两通常措施是分两侧同同时操作操作 一一侧为包包边侧 另外一另外一侧为取取 上件上件侧 包包边侧机器人在包机器人在包边同同时 另一另一侧的机器人上件的机器人上件 这样可保可保证包包边和取和取 上件可上件可 以同以同时操作操作 减少了取减少了取 上件的上件的时间 因此需要一个因此需要一个180o转台台 4 包包边工具工具 包包边的的执行行单元元 主要包括主要包括滚轮系系统 压力力监测系系统 点点压结构等构等 复合材料汽复合材料汽 车的的发展展 塑复材在汽 车行业应用广泛 复合材料电动汽 车成为发展热点 BMW公司碳纤维 车身 纯电动 车整 车质量与续航能力关系 统计显示示 全世界平均每全世界平均每辆汽 汽 车的塑复材用量在的塑复材用量在20002000年就已达年就已达105105千克千克 约占汽占汽 车 总重量的重量的8 8 12 12 而而发达国家汽达国家汽 车平均使用量 平均使用量为120120千克千克 占汽占汽 车总重量的重量的12 12 20 20 预计到到20202020年年 发达国家汽达国家汽 车平均复材用量将达到平均复材用量将达到500500千克千克 辆以上以上 碳 碳纤维是是2121世世纪汽汽 车制造制造业的关的关键原材料原材料 将会在汽将会在汽 车研研发和制造和制造领域域 带来一来一场变革 革 宝宝 马汽汽 车董事局主席董事局主席诺伯特伯特 雷瑟夫雷瑟夫 我国我国电动汽汽 车增重高达增重高达30 40 远远超超过国国际先先进水平 德国大众水平 德国大众电动汽汽 车增重增重 6 16 复合材料复合材料电动汽汽 车成成为减重的最佳出路减重的最佳出路 可平衡增加的可平衡增加的电池重量 池重量 日本帝人 德国BMW 大众 意大利兰博基尼和美国GM都开发了复材电动汽 车 复合材料整体成形 工艺 整体成型技术日益受到重视整体成型技术日益受到重视 快速快速 低成本成型成为趋势低成本成型成为趋势 整体成型技整体成型技 术具有后续加 工 工序少术具有后续加 工 工序少 可降低成本可降低成本 等优点等优点 近年在国际名牌电动汽车车近年在国际名牌电动汽车车 身整体成形已经采用身整体成形已经采用 如如 英国英国Pi Innovo公司采用整体成形技术制造了公司采用整体成形技术制造了 全复合材料概念车全复合材料概念车 车身仅重车身仅重58公 斤公 斤 兰博基尼兰博基尼 慕切拉贡超速版采用全慕切拉贡超速版采用全 碳纤维车身碳纤维车身 仪表板仪表板 门护板门护板 后围护后围护 板 板 质量只有质量只有155 Kg155 Kg 奥迪奥迪R8R8超级超级 跑车跑车 不但在车身上不但在车身上 借鉴兰博基尼的结构 方案借鉴兰博基尼的结构 方案 还在下车还在下车 身上采用复身上采用复 合材料和新的结构合材料和新的结构 零零 件数量从件数量从4848件减少到件减少到1 1件件 实现了 大实现了 大 幅减重和整体模压成型 幅减重和整体模压成型 长纤维增强热塑性复材LFT 20062006年年 欧洲地区欧洲地区LFTLFT的用量接近的用量接近 700kt a 700kt a 增长率超过增长率超过32 32 经过近年的快速发展经过近年的快速发展 亚州亚州LFTLFT用量用量 所占的比重有明显提 高所占的比重有明显提 高 日本日本LFT LFT 消费量占世界的消费量占世界的11 11 目前国内仍存在很 大的发展空间目前国内仍存在很 大的发展空间 2006 2006 年我国年我国LFTLFT的消费量仅占世界的消费量仅占世界 LFTLFT总消费量的总消费量的5 5 预计到预计到20112011 年年 我国我国LFT LFT 消费量将会超过日本消费量将会超过日本 高性能高性能 长纤维增增强热塑性复合材料塑性复合材料 Long Fiber reinforced Long Fiber reinforced ThermoplasticsThermoplastics 简称称LFT LFT 作作为 车用复合材料中的重要一用复合材料中的重要一员 近年近年发展迅展迅 速速 在在过去的去的1010年中年中 LFTLFT塑料以塑料以 30 30 的年增的年增 长率上升率上升 l 液态成型 国内首个复杂曲面碳纤维复合材料 车 门防撞梁 一体化成形 脱模获得高精度制件 车 门中应用 l 抗冲击强度 1500Mpa l 比钢材构件减重40 碰撞测试 主要性能指标 机械科学院机械科学院陈蕴博院士博院士团队 车用用树脂基复脂基复 合材料研究合材料研究 33 在线快速成形成套设备及工艺流程图 年产量30 40万件 年 综合性能提高 30 以上 万元产值能耗降低50 长纤维增增强树脂基复合材料在脂基复合材料在线成形成套技 成形成套技术及装及装备开开发 实施 材料施 材料设计 结构构设计 工工艺设计并行工程并行工程 注重注重 同同时采用采用结构减重和材料减重措施构减重和材料减重措施 福特公司2007年所做的研究报告称 实施 材料设计 结构设计 工艺设 计并行工程 后 采用复材可将零 部件种类减为原来的8 加工费用 相对钢材降低60 粘结费用相对 焊接减少25 40 同时 复材模 具费只约占钢制件模具的10 20 成本降低更加显著 蓝石 汽车轻量化方案的提供者蓝石 汽车轻量化方案的提供者蓝石 汽车轻量化方案的提供者蓝石 汽车轻量化方案的提供者 钢制减震塔 5个冲压件焊接而成 重7 65公斤 超高真空压铸铝减震塔 单个铸件取代冲压焊接总成 重3 24公斤 BMW X5 美国蓝石公司用高真空薄璧铸造技术铸造的铝合金减震 塔 是结构减重和材料减重并重的代表 19501950年 年 1990 20001990 2000年 年 20102010年 年 变速箱壳体速箱壳体 铸钢 68kg68kg 铝合金合金压铸件件 26kg26kg 铝 镁组合件合件 21kg21kg全全镁件件 17kg17kg 发动机支架机支架 4646件件 28kg28kg 铝合金型材合金型材挤压 焊接接 件 件 1717件 件 18kg18kg 1 1件 件 镁合金 合金 10kg10kg 仪表表盘支架支架 3030件件 12kg12kg 钢管液管液压成形 成形 1515件 件 8kg8kg 镁合金 合金 1 1件 件 4kg4kg 通用汽 车资料 我国汽我国汽 车材料替材料替换革命的思考革命的思考 我国汽我国汽 车材料替材料替换紧迫性居全球之最迫性居全球之最 为应对日益日益严峻的峻的环境境压力力 汽汽 车排放 排放标准迅速提高准迅速提高 汽汽 车是国民是国民经济的支柱的支柱产业 今后仍将持今后仍将持续发展展 我国原油我国原油进口依口依赖度从度从1955年的年的5 3 2001年的年的30 2 攀升到攀升到2011年的年的59 8 居世界居世界 第一第一 据据预测 2020 2030年将达到年将达到64 74 同同时 几乎几乎100 的汽油的汽油 62 的柴油用于道的柴油用于道 路交通路交通 全世界从全世界从1999到到2009年年 原油的消原油的消费总量一共增加量一共增加3 6亿吨吨 这个同期我国的原油消个同期我国的原油消费 量增加了量增加了1 95亿吨吨 占全球原油增量的占全球原油增量的54 能源安全能源安全问题巨大巨大 2011年我国年我国进口石油用口石油用 了了14 450亿元元 我国原油我国原油进口依口依赖度世界之最度世界之最 造成能源造成能源 环境巨大境巨大压力 力 中国政府承诺 争取到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40 45 而交而交 通运通运输是温室气体排放的主要是温室气体排放的主要领域域 但我国但我国20112011年氮氧化物排放量不降反升年氮氧化物排放量不降反升5 73 5 73 使得 十二五使得 十二五 头年的减排年的减排计划没有划没有实现 特特别是京津冀是京津冀 长三角三角 珠三角区域的珠三角区域的问题 非常非常严重重 为此此 汽汽 车排放排放标准迅速提高准迅速提高 我国我国20082008年年实施了汽施了汽 车尾气国尾气国3 3排放法排放法规 20112011年出年出 台了国台了国4 4排放法排放法规 20132013年出台国年出台国5 5排放排放标准准 而国而国6 6排放排放标准也在制定中准也在制定中 汽汽 车产业是国民是国民经济的重要支柱的重要支柱产业 今后今后较 长一段一段时期汽期汽 车需求量仍将保持增需求量仍将保持增 长 势头 20132013年中国汽年中国汽 车产量 量22112211万万辆 20202020年年预计超超过30003000万万辆 我国铝合 金产量及市场居全球之最 我国我国铝资源丰富源丰富 产量世界第一量世界第一 近年来汽近年来汽 车用用铝材需求迅速材需求迅速 增增 长 2012年中国年中国铝材材产量量3039 5万吨万吨 同比增同比增 长14 6 中国汽中国汽 车用用铝消消费及及预测 万吨 万吨 我国汽 车复材具市场和资源世界第 一优势 我国汽 车轻量化现状 铝合金在汽合金在汽 车零部件零部件应用用发展比展比较成熟 成熟 复合材料汽复合材料汽 车发展展 我国我国轻质材料汽材料汽 车某些制造技某些制造技术并不落后并不落后 发动机机 传动机构等的机构等的铝铸件比 件比较发达达 铝合金合金轮毂成成为出口第一汽出口第一汽 车零部件零部件 但是但是铝合金合金 车身开身开发滞后滞后 与国与国际差距巨大 差距巨大 正在成正在成为国内近年国内近年热点点 8080年代后北京中年代后北京中华汽汽 车公司率先制造了玻璃公司率先制造了玻璃钢 车身身 现在玻璃在玻璃钢已广泛已广泛应用用 但是但是 玻璃玻璃钢的模量低的模量