九种最重要的汽车轻量化先进工艺技术

栏目:拔火罐 来源:北京讯闻网 时间:2019-08-11


一、激光拼焊(TWB)及不等厚度轧制板(VRB)

 

1.激光拼焊技术

 

激光拼焊是将不同厚度、不同材质、不同强度、不同冲压性能和不同表面处理状况的板坯拼焊在一起,再进行冲压成形的一种制造技术。

 

德国大众最早于1985年将激光拼焊用于汽车。北美于1993年也大量应用激光拼焊技术。目前,几乎所有的著名汽车制造商都采用了激光拼焊技术。采用拼焊板制造的结构件有车身侧框架、车门内板、风挡玻璃框架/前风挡框、轮罩板、地板、中间支柱(B柱)等(见图1)。最新统计表明,最新型的钢制车身结构中, 50%采用了拼焊板制造。

 

1 激光拼焊技术在车身上的应用实例


激光拼焊技术在20世纪90年代末引入中国,一汽、上汽、长城、奇瑞、吉利等汽车公司在前纵梁、门内板和B柱加强板等都有应用。宝钢已有23条激光拼焊生产线,年产2 200多万片板坯,占我国市场份额的70%以上,是世界第三、亚洲第一大激光拼焊板生产公司。鞍钢也在与蒂森克虏伯合作,在长春等地建立激光焊接加工生产线。

 

2.不等厚度轧制板

 

变厚板是轧钢机通过柔性轧制工艺生产的金属薄板,即在钢板轧制过程中,通过计算机实时控制和调整轧辊的间距,以获得沿轧制方向上按预先定制的厚度连续变化的板料。图2显示了变厚板生产的工艺原理。与TWB钢板相比, VRB钢板仅可为同一种钢种,宽度也不能太宽,更适合制造梁类零部件。


2 不等厚度轧制板生产原理


德国Mubea公司有两条变厚板生产线,年产7t。板厚为0.73.5m m,原始板料的最高强度为800MP a级别。目前,欧洲70余个车型使用变厚板或者变厚管产品。奔驰C级车中通道加强板、前地板纵梁、后保险杠、后地板横梁等11个零件使用了VRB钢板。我国宝钢和东北大学均开展了VRB钢板的研发和生产工作,目前具备了小批量供货的能力。借助于强大的材料开发能力,宝钢形成了VRB零件的设计、材料开发、成形过程模拟、模具设计和产品质量评估的能力,并已试制成功前纵梁、仪表板支架、顶盖横梁等零件,同时也轧制成功了1 500MPa级别的非镀层和铝硅镀层的热冲压成形钢板,成功试制了热冲压成形VRB中通道零件。

 

二、内高压成形 (液压成形) 制造技术

 

管件液压成形是将管坯放入模具内,利用高压液体充入管坯空腔,同时辅以轴压补料,使其直径胀大至贴靠凹模的成形过程,如图3所示。由于内部压力可高达400MP a,在欧洲又称为内高压成形技术(IHPF),在美国则称为管件液压成形技术(TH)。

 

3 液压成形示意图

 

液压成形适用于汽车领域的沿构件轴线变化的圆形、矩形截面或各种异形截面空心构件。与传统冲压焊接工艺相比,液压成形技术具有成形精度高、可节约材料、减少成形件数量和后续机械加工与焊接量、提高成形件的强度与刚度、减少模具数量、降低生产成本等优点。液压成形在底盘部件中应用较多,如前副车架主管、扭力梁、控制臂等,车身结构件主要应用于A B柱等件。福特新蒙迪欧车型A柱上部采用DP1000钢管内高压成形,实现减重2.1kg B柱加强板采用两个内高压成形件,优化了侧碰性能。


三、超高强度钢热冲压成形技术

 

热成形技术通过热处理和高温成形相结合的方式来实现零件的高强度。热成形技术适用于对舒适性、强度和安全性要求高的零件,典型的热冲压零件有前、后门左右防撞杆(梁),前后保险杠横梁,A柱、 B柱、 C柱加强板,地板中通道和车顶加强梁等,如图4所示。除全铝车身以外,均应用了热成形构件。


4 热成形技术在汽车车身应用部位


国外目前至少有110条热冲压成形生产线,主要分布在美国(19条)、德国(30条)、日本(10条)以及法国、西班牙、瑞典等国。

 

国内已建成和在建的热成形生产线有3040条,热成形件的产量可达到5 000万件。热成形技术在我国自主品牌汽车中有大量应用。

 

四、辊压成形技术

 

辊压成形工艺通过顺序配置的多道次成形轧辊,把卷材、带材等金属板带不断地进行横向弯曲,以制成特定断面的型材。辊压成形的优势在于能够加工其他工艺无法实现的复杂形状。一般,辊压成形为等截面零件,近年来开始开发三维变截面辊压成形技术。其优势是合理设计型材的几何断面,提高承载能力,减轻零件质量。辊压成形因其成本低和效率高而得到重视,凯迪拉克ATS地板有8件采用超高强度钢辊压成形,奔驰新B级车地板有多个零件采用辊压成形(见图5),材料利用率在90%以上。图5所示为三维辊压技术可能生产的乘用车车身变截面零件。


5 奔驰新B 级车辊压件

 

2005年瑞典开发了3D柔性辊压技术, 2011年开发完成世界上第一条3D柔性辊压生产线,通过伺服电动机驱动,可以实现轧辊上下移动、水平移动及转动,生产宽度可变、深度可变的零件。德国DATAM公司也完成了3D柔性辊压生产线的开发,用于商用车大梁及乘用车边梁。

 

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