汽车轻量化技术学员三学习教案

1、会计学1汽车汽车(qch)轻量化技术学员三轻量化技术学员三第一页，共80页。2-294在小型化发动机的研究(ynji)领域，国外跨国汽车企业和发动机制造商已经走在前列德国大众公司(n s) 2004年，大众公司首次在其旗下(q xi)的奥迪A3跑车上推出了装用排量为2L的4缸直喷、涡轮增压TFSI汽油机 ，其油耗并不比同等排量的传统汽油机多，可是功率却比后者多1倍。 奥迪奥迪A3小型化汽油机小型化汽油机第1页/共80页第二页，共80页。3-294 大众公司开发(kif)的、已装于高尔夫和途安MPV车上，排量为1.4L的TSI 小型化汽油发动机，替代1.6L2.0L汽油发动机。它真正实现了在传统

2、B级车上装上小排量A级车的发动机，在使用性能不变的情况下，实现了小型化 途安途安MPV大众大众(dzhng)Golf1.4LTSI汽油机汽油机第2页/共80页第三页，共80页。4-294 2005年，为使第六代帕萨特B6轿车跨越中级车界限，各项性能达到高级轿车的水平，开发出排量为3.2L(面向欧洲市场)和3.6L(面向北美市场)，集多项先进技术(jsh)于一身的VR系列横置机型的小型化汽油机，加上帕萨特 B6的车身采用了防撞超轻结构，所以整车的各项性能指标非常接近于E或F级车。此即实现了轻量化要求下的小型化。 大众大众(dzhng)的的VR6发动机发动机 帕萨特帕萨特B6轿车轿车(jioch)

3、第3页/共80页第四页，共80页。5-294 2009年推出了全新的高效能低排放1.6L、2.0L福特EcoBoost四缸汽油发动机。实现了发动机的小型化。该系统融合了三大关键技术的优势：燃油高压直喷、先进涡轮增压器和双独立可变气门正时系统。福特EcoBoost发动机设计理念的主要(zhyo)优势包括：（1）优化的发动机效率 燃油经济性和二氧化碳排放至多可优化20%（2）小型发动机的优势 获得大型发动机的驾驶性能，却享有小型发动机的 尺寸、重量和燃油经济性（3）更丰富的驾驶乐趣 低转速下的强劲扭矩和宽转速范围内的优异性能响 应 美国(mi u)福特公司 第4页/共80页第五页，共80页。6-2

4、94福特福特EcoBoost四缸汽油机四缸汽油机福特福特Focus福特蒙迪欧福特蒙迪欧-制胜制胜(zhshng)第5页/共80页第六页，共80页。7-294 通用汽车研发的涡轮增压汽油发动机 (运动版OpelCorsa、Astra) 分别在2009年投入中国市场(shchng)，这是通用在全球汽车轻量化发展战略中在中国市场(shchng)的第一款小型化 发动机。将搭载于雪弗兰科鲁兹和别克君威。将使中国用户享受到更加出色的动力性能，同时也拥有出色的燃油经济性。 涡轮增压涡轮增压(zn y)汽油发动机汽油发动机雪弗兰科鲁兹雪弗兰科鲁兹别克君威别克君威美国通用公司(n s) 第6页/共80页第七页，

5、共80页。8-294其他其他(qt)已经或即将提供小型化发动机的生产商已经或即将提供小型化发动机的生产商制造商制造商原发动机原发动机小型化发动机小型化发动机应用车型应用车型菲亚特菲亚特 2缸、0.9L汽油和柴油发动机 菲亚特500Panda 1.6L1.8L汽油发动机 1.4LT-Jet 博悦（Bravo） Linea 雷诺雷诺 1.5L柴油发动机 1.2L汽油涡轮发动机雷诺Laguna 雷诺Twingo 雪铁龙雪铁龙 1.6L柴油发动机 雪铁龙C5AVL 2.0L、149kWDGI-tc概念款汽油发动机 宝马宝马 2.0L双涡轮柴油发动机 BMW 1系列 V8柴油发动机 双涡轮柴油发动机I6

6、 BMW X5 第7页/共80页第八页，共80页。9-2942 汽车汽车(qch)其他零部件的小型化其他零部件的小型化 德国舍弗勒集团是全球汽车制造业中极富声誉的供应商之一。通过三个知名品牌:INA，FAG和LUK，积极活跃在汽车制造、工业制造和航空航天领域。 该公司一直在向日本的富士重工集团的汽车上供应CVT链条，富士重工对这种部件的外观品质要求比其他欧洲汽车厂商更高且更加严格。2009年，舍弗勒集团研发出一种新型的CVT变速器链条，装载在斯巴鲁新款力狮上，具有传动效率高于传统主流金属带的特点，具有传动效率高于传统主流金属带的特点，在提高效率的前提下实现系统(xtng)的小型化，从而直接减小

7、CVT变速箱的体积。但耐用度更强，达到机械最小化的理想造车水平。 第8页/共80页第九页，共80页。10-294斯巴鲁力狮链条式无级变速器斯巴鲁力狮链条式无级变速器 舍弗勒集团舍弗勒集团(jtun)CVT链条链条 通过装配CVT链条减小CVT变速箱的体积，与改进之前相比，体积小，创新性的链条传动方式，结构简单(jindn)、换挡连续自然、燃油经济性好，在车辆高速巡航时，能使发动机保持较低转速，而需要紧急提速时又能迅速降挡以提供充足扭矩。 第9页/共80页第十页，共80页。11-294第10页/共80页第十一页，共80页。12-294第11页/共80页第十二页，共80页。13-294第12页/共

8、80页第十三页，共80页。14-294第13页/共80页第十四页，共80页。15-294 在早期几乎所有汽车都采用这种结构。一百多年以前，当时的汽车还是(hi shi)定制车的时代，人们买车时会先选择底盘，然后在底盘的基础上再选去择不同的车身制造商定制不同样式的车身。 第14页/共80页第十五页，共80页。16-294第15页/共80页第十六页，共80页。17-294第16页/共80页第十七页，共80页。18-294第17页/共80页第十八页，共80页。19-294第18页/共80页第十九页，共80页。20-294第19页/共80页第二十页，共80页。21-294由钢板围成一个(y )闭合断面

9、结构，钢板的厚度和材质规格都要比车身覆盖件高很多，而且为了在碰撞时有效吸收撞击能量，这些钢梁还会将不同强度的钢材焊接在一起，形成有效的溃缩吸能区。还有一些钢梁不一定是闭合断面结构，它们在尽量轻量化的原则下被设计成各种不同形状以承受特定方向上的力。 第20页/共80页第二十一页，共80页。22-294第21页/共80页第二十二页，共80页。23-294第22页/共80页第二十三页，共80页。24-294第23页/共80页第二十四页，共80页。25-294第24页/共80页第二十五页，共80页。26-294内高压成形内高压成形(chn xn)原理原理第25页/共80页第二十六页，共80页。27-2

10、94内高压内高压(goy)成形过程成形过程第26页/共80页第二十七页，共80页。28-294 内高压成形的构件质量轻，产品质量好，并且产品设计灵活，工艺过程简捷，同内高压成形的构件质量轻，产品质量好，并且产品设计灵活，工艺过程简捷，同时又具有近净成形与绿色制造等特点，因此在汽车轻量化领域获得了广泛的应用。通时又具有近净成形与绿色制造等特点，因此在汽车轻量化领域获得了广泛的应用。通过有效的截面设计与壁厚设计，许多汽车零部件都能用标准管材，通过内高压成形制过有效的截面设计与壁厚设计，许多汽车零部件都能用标准管材，通过内高压成形制成结构复杂的单一整体构件。这显然在产品质量，生产工艺简捷性等方面比传

11、统的冲成结构复杂的单一整体构件。这显然在产品质量，生产工艺简捷性等方面比传统的冲压焊接方式优越得多。压焊接方式优越得多。模具费用低模具费用低 大多数液压成形工序只需一个与零件形状一致的凸模（或液压成形冲头），液压成大多数液压成形工序只需一个与零件形状一致的凸模（或液压成形冲头），液压成形机上的橡胶隔膜起到通常形机上的橡胶隔膜起到通常(tngchng)凹模的作用，因而模具成本比传统模具少约凹模的作用，因而模具成本比传统模具少约50工序少工序少 与传统的需多道工序的冲压成形相比，液压成形只需一步就可成形相同零件与传统的需多道工序的冲压成形相比，液压成形只需一步就可成形相同零件第27页/共80页第二

12、十八页，共80页。29-294 , ,内高压成形件为内高压成形件为11 . 5 kg,11 . 5 kg,减重减重24 %; 24 %; 可可减少后续的机加工量和组焊工作量减少后续的机加工量和组焊工作量; ; 提高构件的强度与刚度提高构件的强度与刚度 , ,由于焊由于焊点减点减少而提高疲劳强度。少而提高疲劳强度。与冲焊件相比与冲焊件相比 材料利用率为材料利用率为 95 95 % %98 %; 98 %; 降低生产成本和模具降低生产成本和模具费用费用30 %30 %。目前目前 , ,北美的新车型有近北美的新车型有近50 50 % %的结构件采用液压成形。今后的结构件采用液压成形。今后 , ,新设

13、计新设计的新型轿车的新型轿车 50 % 50 %的结构件将由冲的结构件将由冲压件改为液压成形件压件改为液压成形件 , ,广泛用于广泛用于轿车的轿车的副车架、副车架、 散热器支架、散热器支架、 底盘构件、底盘构件、车身框架、车身框架、 排气系统异型管件。排气系统异型管件。目目前北美需求量为前北美需求量为36003600万件万件 / /年年 , ,欧洲需求量为欧洲需求量为 2000 2000万件万件 / /年。年。我国一汽已和哈工大合作试制我国一汽已和哈工大合作试制自主品牌轿车的副车架自主品牌轿车的副车架 , ,并进行并进行疲劳试疲劳试验验; ;上海宝钢也引进了一条液压成上海宝钢也引进了一条液压成

14、形生产线形生产线 , ,并试制了专用管材并试制了专用管材(un ci)(un ci)。PoscoPosco已建有已建有 1 600 t 1 600 t的排气系统的排气系统零件的专用生产线零件的专用生产线 , ,并拥有并拥有 2 2条条全自动全自动的生产线的生产线 ( (分别分别 5 000 t 5 000 t和和 3 3 500 t)500 t)。第28页/共80页第二十九页，共80页。30-294后加工成本减少：隔后加工成本减少：隔膜的膜的“包裹效应包裹效应”几乎消除了传统模几乎消除了传统模具产生的拉痕，大具产生的拉痕，大大减少了后加工成大减少了后加工成本本可保持紧密的公差配可保持紧密的公差

15、配合，而不需要昂贵合，而不需要昂贵的二次操作的二次操作材料变薄最小材料变薄最小 ：材：材料可流动，故材料料可流动，故材料变薄减小变薄减小内高压成形内高压成形(chn xn)特点特点第29页/共80页第三十页，共80页。31-294汽车系统名称汽车系统名称应用产品应用产品 排气系统 (Exhaust system parts)考虑耐热及腐蚀环境，大多使用不锈钢材料，产品：engine tubes， catalytic converters， pressure tubes， tail pipes， connectors and manifolds。 底盘系统 (Chassis parts)材料：低

16、碳钢及中碳钢，少部分使用铝合金材料，产品： Frame rails， engine cradles， roof rails and bows， rear axle frames and radiator frames。 引擎与动力系统 (Engine /power train components)产品：Suspension cross members， hollow camshafts， drive shafts and gear shafts。 车身及安全部件 (Body and safety parts)主要产品有Windshield headers， A/B/C pillars， sp

17、ace frame components， instrument panels， seat frames and shock absorber housings。内高压在汽车内高压在汽车(qch)工业中的应用工业中的应用第30页/共80页第三十一页，共80页。32-294液压成形液压成形(chn xn)零部件零部件第31页/共80页第三十二页，共80页。33-294Volvo 850铝制前端铝制前端B M W M 3 之 排 气 系 统之 排 气 系 统(xtng)Ford CDW27 引引擎支架擎支架(zhji)总总成成DaimlerChryster 侧框侧框第32页/共80页第三十三页，共

18、80页。34-294集成.排气系统传统生产工艺和内高压排气系统传统生产工艺和内高压(goy)生产工艺比较生产工艺比较第33页/共80页第三十四页，共80页。35-294前纵梁(zn lin)B形支架(zhji)第34页/共80页第三十五页，共80页。36-294内高压内高压(goy)成形专用设备成形专用设备第35页/共80页第三十六页，共80页。37-294美国美国(mi u)William White公司公司4000T内高压成形内高压成形机机ITC公司小吨位公司小吨位(dnwi)内高内高压成形机压成形机第36页/共80页第三十七页，共80页。38-294内高压内高压(goy)模具模具第37页

19、/共80页第三十八页，共80页。39-294瑞风瑞风SUV汽车汽车(qch)前梁实物图前梁实物图基于基于UG造型造型(zoxng)的三维模型的三维模型江汽项目江汽项目内高压成形典型轻体空心构件内高压成形典型轻体空心构件(gujin)的研究的研究第38页/共80页第三十九页，共80页。40-294下模上模管坯下模管坯上模内高压成形过程内高压成形过程(guchng)有限元模型有限元模型第39页/共80页第四十页，共80页。41-294厚度厚度(hud)分布云图分布云图第40页/共80页第四十一页，共80页。42-294 本研究所的工作人员针对汽车前梁设计(shj)了专门的内高压成形模具并成功的研制

20、了内高压成形汽车前梁样件模具模具(mj)试制试制(shzh)样件样件工装及产品工装及产品管料（防锈铝）管料（防锈铝）第41页/共80页第四十二页，共80页。43-2941000吨液压成形吨液压成形(chn xn)设备设备 TWAZ-1.3型高压泵型高压泵 BZ-4型快速型快速(kui s)接头接头 压机及配套压机及配套(pi to)第42页/共80页第四十三页，共80页。44-294延伸研究延伸研究支管类零件内高压支管类零件内高压(goy)成形成形左侧(zu c)推杆右侧推杆模具非对称三通管有限元模型非对称三通管有限元模型第43页/共80页第四十四页，共80页。45-294延伸研究延伸研究(y

21、nji)汽车桥壳内高压成形汽车桥壳内高压成形平板(pngbn)毛坯冲压(chngy)成形桥壳部件焊接成形桥壳本中心目前与合肥车桥厂合作开展的汽车桥壳整体液压成形工艺研究项目第44页/共80页第四十五页，共80页。46-294初始初始(ch sh)管坯管坯缩径管坯缩径管坯液压成形液压成形(chn xn)件件桥壳本体液压成形数值模拟桥壳本体液压成形数值模拟第45页/共80页第四十六页，共80页。47-294第46页/共80页第四十七页，共80页。48-294第47页/共80页第四十八页，共80页。49-294BORON钢板(gngbn)下料和冲孔成形(chn xn)性评估是否需要预成形加热(ji

22、r)到AC3左右变位奥氏体钢板或预成形件快速移动到压机快速合模、成形，保压冷却至组织全部为马氏体抗拉强度为600MPa左右预成形随室温冷却，若采用裸板则进行喷丸处理以去除表面氧化皮激光（模具）切边、冲孔最后得到抗拉强度为1500MPa左右的零件第48页/共80页第四十九页，共80页。50-294第49页/共80页第五十页，共80页。51-294第50页/共80页第五十一页，共80页。52-294屈服强度 / MPa抗拉强度 / MPa延伸率 / %热成形前41759223热成形后102215376第51页/共80页第五十二页，共80页。53-294 迈腾车身采用(ciyng)热成形钢材实图 第

23、52页/共80页第五十三页，共80页。54-2941.前、后门左右(zuyu)防撞杆（梁）2. 前、后保险杠3. A柱4. B柱加强板 5. 中通道 6. 车顶加强梁 7. 其它车身、底盘结构件、加强件第53页/共80页第五十四页，共80页。55-294第54页/共80页第五十五页，共80页。56-2941985年，蒂森钢铁为Audi 100地板开发了全球第一块激光拼焊板；2003年全球生产了160，000，000件激光拼焊件激光拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板，以满足零部件对材料(cilio)性能的不同要求，也可以把相同材质的等厚材料(cilio)焊接到一起冲

24、压，以提高材料(cilio)利用率。第55页/共80页第五十六页，共80页。57-294减轻减轻(jinqng)重量重量减少部件减少部件提高性能提高性能减少搭接减少搭接 降低降低材料损耗材料损耗材料物流成本材料物流成本降低整车制造和降低整车制造和 装配成装配成本本降低油耗降低油耗 降低降低 模具成本模具成本 工夹具成本工夹具成本 冲压成本冲压成本 组装成本组装成本 材料成本材料成本 物流成本物流成本 增强增强改善抗疲劳性能改善抗疲劳性能增强抗冲击性能增强抗冲击性能增强整车防撞性能增强整车防撞性能充份发挥各部件的充份发挥各部件的设计性能设计性能提高装配一致性提高装配一致性 增强增强减少焊缝材料搭

25、接减少焊缝材料搭接提高焊缝强度提高焊缝强度改善焊缝成形性能改善焊缝成形性能增强焊缝的抗腐蚀增强焊缝的抗腐蚀性能性能第56页/共80页第五十七页，共80页。58-294第57页/共80页第五十八页，共80页。59-294可以实行可以实行(shxng)拼焊的汽车零部拼焊的汽车零部件件在汽车中采在汽车中采用激光拼焊用激光拼焊板材后，可板材后，可使零件重量使零件重量减轻减轻24%24%，零件数量减零件数量减少少19%19%，焊，焊点下降点下降49%49%，生产生产(shngchn)(shngchn)时间缩短时间缩短21%21%第58页/共80页第五十九页，共80页。60-294第59页/共80页第六十

26、页，共80页。61-294炮弹炮弹(podn)外外壳壳滚压缝焊机滚压缝焊机平面多点焊平面多点焊机机第60页/共80页第六十一页，共80页。62-294激光焊汽车激光焊汽车(qch)轮毂轮毂激光焊汽车激光焊汽车(qch)车架车架第61页/共80页第六十二页，共80页。63-294第62页/共80页第六十三页，共80页。64-294 楔横轧设备(shbi) 汽车轴类零件汽车轴类零件第63页/共80页第六十四页，共80页。65-294楔横轧大致(dzh)可以分为两大类：辊式楔横轧和板式楔横轧辊式楔横轧辊式楔横轧板式板式(bnsh)楔横楔横轧轧第64页/共80页第六十五页，共80页。66-294第65

27、页/共80页第六十六页，共80页。67-294楔横轧二次楔扎制的汽楔横轧二次楔扎制的汽 车中间轴与主动轴车中间轴与主动轴 国产国产(guchn)的楔横轧五金工具毛坯的楔横轧五金工具毛坯原料原料(yunlio)第66页/共80页第六十七页，共80页。68-294 过度过度(gud)滑滑移移 缩颈缩颈(su jn) 中空中空第67页/共80页第六十八页，共80页。69-294空心空心(kng xn)件件实心实心(shxn)件件第68页/共80页第六十九页，共80页。70-294第69页/共80页第七十页，共80页。71-294第70页/共80页第七十一页，共80页。72-294可以成形传统注射成形难以加工的厚、薄壁复合塑件,减少装配结构中的零件数量,从而缩减模具、装配线和劳动力需求,节约生产成本所需注射压力小,一方面可利用小型号注射机成形大制品,另一方面模具材料可用铝合金代替合金钢,从而改善模具零件的加工性能和导热性能,减少模具成本塑件采用气体辅助注射成形后产生中空,可以减轻重量,节省材料,并缩短成形周期塑件出模后残余应力小,翘曲变形小,尺寸稳定性好第71页/共80