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【技术干货】汽车新技术下篇:汽车轻量化分析
发布日期:2019-05-16??来源:人民交通出版社股份有限公司??作者:史文库??浏览次数:358
核心提示:10.4:轻量化设计的先进成型技术当今世界主流工艺技术主要有三种:一是激光拼焊板技术;二是液压成型技术;三是高强度热成型技术
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10.4:轻量化设计的先进成型技术
?当今世界主流工艺技术主要有三种:一是激光拼焊板技术;二是液压成型技术;三是高强度热成型技术。 接下来就对这三种技术进行简单的介绍。
10.4.1:激光拼焊
拼焊技术,即可将经不同表面处理、不同钢种、不同厚度的两块或多块钢板通过一种焊接方法使之组合在一起。然后经冲压成型后获得高性能冲压件的技术。 经这种拼焊技术而生成的板件称为拼焊板。 激光拼焊板的原理如图10-13 所示:
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? ? ? ?近年来激光拼焊发展迅速在汽车上已经得到了广泛的应用。主要用于差强度、差厚度或不同表面处理状态的零件整体成型。可以根据车身各个部位的实际受力和变形的大小,预先为各车身部件定制一块理想厚度的拼接板,从而达到节省材料、减轻质量且提高车身零部件性能的目的。并且还能实现不同材料板材的焊接,从而进一步发挥了其减重的潜力。 其应用的典型零件如图10-14 所示:
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激光拼焊技术具有很多优点主要有:
(1)减少了零件数量? 通过激光拼焊板的使用?将原来多个零部件冲压后,再用点焊连接起来的工序转变成通过激光拼焊将多张钢板连接在一起后,再将其冲压成一个零部件的工序。
(2)减轻了零件质量? 由于采用不同厚度钢板进行拼接。对不承受载荷或承载较小的部位。可采用比原先更薄的钢板,从而减轻了车身的整体质量。
(3)提高了车身耐蚀性
(4)提高了车身质量和安全性
10.4.:2:液压成型
? ? ? ?液压成型是指采用液态的水、油作为传力介质代替刚性的凹模或凸模?使坯料在传力介质的压力作用下贴合凸模或凹模成型。由于用液体代替模具,不但减少了模具数量,降低了费用,还提高了产品质量和成型极限。可以实现车身轻量化设计。液压成型按成型毛坯的不同可以分为管材液压成型和板材液压成型两种,分别就两种液压成型方式作简要论述。
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管材液压成型的基本原理如图10-15 所示:
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? ? ?液压成型件在汽车上的其他应用如图10-16所示,管件液压成型特别适用于制造汽车行业中沿构件轴线变化的圆形、矩形截面或异型截面空心构件和空心轴类件、复杂管件等。
? ? ?管材液压成型技术在车身中主要用来加工一些结构件。如前风窗玻璃支架、前风窗玻璃与侧窗玻璃的隔离条。侧窗玻璃之间的隔离条、空间骨架、座椅骨架、减振机架等。
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10.4.3:热成型技术
? ? ? ?热成型技术是将热处理技术(淬火)与冷冲压相结合的制造工艺。可以成型强度超过1600MPa 的超高强度钢板、高强度钢板热成型(也称作热冲压)技术越来越受到工业界的关注。热成型技术的优势是:能够成型强度高达1. 5GPa 的复杂承载零部件高温下材料塑性、成型性好,能一次成型复杂的冲压件。高温下成型能消除回弹影响。零件精度高,成型质量好。 热成型工艺是冲压成型领域的前沿技术,可广泛应用于汽车前、后保险杠、A 柱、B 柱、C柱、车顶构架、车底框架以及车门内板、车门防撞杆等构件的生产。
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? ? ? 另外、热成型技术的成产效率偏低、制造成本比冷成型件高。因此,热冲压成型技术今后将朝着高效率、低成本、强韧化、节能方向发展? 其中热成型在车身上的应用如图10-19所示。
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10.5:汽车轻量化评价
? ? ? ?全球汽车行业燃油经济性和排放要求日益严格,高效动力系统、先进发动机、整车小型化和轻量化技术等在近年来得到广泛研究和应用。 轻量化技术的应用成为现代汽车发展的主要趋势之一。针对汽车轻量化水平的合理、准确评判对于指导汽车设计、制定相关法规以及出台国家鼓励政策等具有重要意义。
10.5.1:车身轻量化系数及车身结构利用系数
? ? ? ?白车身轻量化系数作为汽车轻量化的表征参量和评价指标?考虑了车身扭转刚度、车身大小、质量水平。对白车身材料的合理使用、结构优化设计有重要意义,发展成为汽车行业车。身轻量化水平的重要评价方法。 图10-20 为车身轻量化系数中各参数的示意图。
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? ? ? ? 由式(10-2)可知,若减小车身轻量化系数?可以通过提高刚度或降低白车身的质量来实现。若车身的质量不降低或降低很少?只需去提高车身的扭转刚度也会实现降低车身轻量化系数的目的。但显然这不是轻量化的目的?既未能实现整车质量的真正下降,更主要的是不能实现节能减排。 因此,车身轻量化系数仅可作为一个参考指标,不是评判一个车型轻量化水平的绝对指标。
10.5.2:车身轻量化评价指标
? ? ? ? 通常轻量化是与原标杆车相比较时的相对值,因此为了更直接地反映轻量化的效果。也为了消除轻量化系数L 的量纲,于是提出了轻量化指数Li 作为表征轻量化效果的指标。即:
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式中: L1 、L2 ———轻量化设计前后的轻量化系数或者车型轻量化前后的其他性能指标。
10.5.3:整车面密度
? ? ? ? 吉利汽车公司的姚再起等人认为人们对整车舒适性的要求。使内外饰、电子电器的比重明显增加。从而大大增加整备质量,动力性能的提高也明显增加发动机和动力系统质量。 因此,消费者能够从感官体验到的车的各项性能指标可以让市场去衡量,轻量化评价只考虑整备质量水平更合理。在此基础上,不考虑整车各项性能,对于同类车型的轻量化指标可仅考虑整备质量和轮边距和轴距乘积所得投影面积(车型大小)即整车面密度的概念。如下式:
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? ? ? ?如图10-21 所示,在平均线L0 附近的车型接近轻量化平均水平。在实线右下方的车型的轻量化水平较高,而在实线左上方的车型的轻量化水平较低,若将考察车型的对应数值标注在图中相应位置。可明显看出轻量化水平高低,但难以量化直观表达。
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10.5.4:零部件轻量化评价
? ? ? ?总体上讲,随着车型增大,相应零部件质量也会增加。也就是每个零件、部件、分总成、总成都占整车的一定比例?若低于平均值。那么说明此零部件的轻量化水平较高。若高于平均值,那么此零部件的轻量化水平较低。假设零部件质量为Wi ,整备质量为Wk , 同时针对白车身或其他总成。也可计算所包括零件在整车、整个总成中的轻量化水平。如下:
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10.6:轻量化技术路线
? ? ? ? 轻量化技术的应用是一个完整的系统,涵盖行业多、学科多、产业链长必须从轻量化的概念入手。通过:产品的优化采用轻量化设计—材料的选择实现轻量化应用—工业的处理得到轻量化结果—产品的试验与产品全生命周期评价给出轻量化评价。因此,轻量化概念就目前研究的现状。集中体现在优化设计、新材料、工艺和轻量化评价4 个方面。一些典型车身零件的功能和材料性能的关系列于表10-7
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不同结构件的功能要求不同,所对应材料的性能也不相同。 对于车身轻量化设计时应考虑的一些构件功能和对应的材料选择时应考虑的材料特性列于表10-8。
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所以在进行零件轻量化设计时要遵循一定的技术路线(图10-22):
(1)根据零件的受力和功能要求。按照表10-7 和表10-8 所列相关参量。通过对每个部件的轻量化目标和应力分析,优化设计完成后,才可确定轻量化材料。
(2)当采用轻量化的结构材料时,它可能会提高半成品的成本和打破原来的维修习惯,增加维修成本。因此必须通过几何形状优化和相关结构的轻量化优化设计,使零件的成本降至最低。
(3)对于轻量化材料的零部件进行应力应变分析和疲劳分析等,保证原有的结构的性能不发生改变。
(4)通过合理选择轻量化材料和轻量化设计相结合以及先进的加工技术,使之达到质量和成本的最佳匹配,准确确定每千克减重的成本保持在可以接受的限度内,否则会导致轻量化设计缺乏市场竞争力。
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