Вступ до технології автомобільного штампування

Білий кузов легкового автомобіля включає нижню частину кузова, верхню раму кузова, двері, капот двигуна, кришку багажного відділення, крила та інші компоненти. Він є основою для встановлення двигуна, трансмісії, системи трансмісії, гальмівної системи, системи підвіски, вихлопної системи, електричної системи та внутрішніх компонентів і відповідає вимогам безпеки своїх членів через відповідний конструктивний дизайн. Метою полегшеного кузова транспортного засобу є зменшення ваги скелета кузова, забезпечуючи структурну ударостійкість, жорсткість, міцність і характеристики NVH кузова транспортного засобу, не збільшуючи при цьому вартість виробництва кузова транспортного засобу для підвищення конкурентоспроможності на ринку. весь автомобільний продукт.
Легкі матеріали
Постійно розширювані високоміцні та легкі матеріали, що використовуються в кузовах автомобілів, включають в основному високоміцну та надвисокоміцну сталь, алюмінієві сплави, конструкційні пластики з магнієвих сплавів та сумісні матеріали.
Високоміцна сталь
Високоміцна сталь в основному використовується в ключових частинах, таких як передні балки проти зіткнення, підсилення стійок A, B і C, порогові балки, дверні балки проти зіткнення та поперечні балки даху, і поступово розширюється пропорційно до громадськості. Частка високоміцної сталі, яка використовується в деяких кузовах європейських і американських автомобілів, перевищила 60%, таких як Audi A3, BMW 3 серії, Cadillac ATS, Ford Mondeo тощо; Частка високоміцної сталі в японських моделях автомобілів також перевищує 50%, таких як Infiniti Q50, Honda Civic тощо;
алюмінієвий сплав
Алюмінієвий сплав поступово поширився від капота двигуна до крил, кришки багажника та дверей, а деякі автомобілі високого класу отримали кузов повністю з алюмінієвого сплаву;
магнієвий сплав
Магнієвий сплав еволюціонував від рами рульового колеса та рами сидіння до опори рульового керування та компонентів корпусу системи трансмісії;
Композитні матеріали, армовані волокном
Композитні матеріали, армовані волокнами, почали застосовувати для таких компонентів, як передні модулі, задні двері багажника та впускні колектори; Композитні матеріали з вуглецевого волокна розширилися від спортивних і розкішних автомобілів до середніх і високих класів і електромобілів. Конструкція кузова певного седана з чотирма дверима і двома кришками, як показано на малюнку.
Структурна оптимізація проектування
З точки зору проектування оптимізації конструкції, важливіше скласти більш обґрунтований план конструкції конструкції кузова на ранній стадії розробки автомобіля. В даний час полегшена конструкція багатоматеріальних конструкцій кузова транспортного засобу розвивається в напрямку побудови параметризованої платформи проектування (як показано на малюнку), застосовуючи оптимізацію топології, оптимізацію розміру, оптимізацію морфології, багатоцільову оптимізацію та комплексну оптимізацію конструкції матеріалу продуктивність.
1, застосування матеріалу
1. Високоміцна сталь в основному використовується для внутрішніх і зовнішніх панелей транспортних засобів, а також для структурних компонентів. У той же час високоміцна сталь може ефективно підвищити пасивну безпеку кузова автомобіля. Застосування вдосконаленої жорсткості в надлегких сталевих кузовах автомобілів і вдосконалених концептуальних автомобілях має багатообіцяючу перспективу в зменшенні ваги, енергозбереженні, підвищенні безпеки та скороченні викидів. Незважаючи на такі проблеми, як відскок під час формування, високоміцна сталь все ще є найбільш економічно ефективним і привабливим матеріалом порівняно з іншими альтернативними матеріалами. 2. Застосування алюмінієвого сплаву почалося в 1990-х роках, представлене повністю алюмінієвим каркасним кузовом Audi. Була запропонована концепція Audi All Aluminium Body Framework (ASF), і були запущені відповідні Audi100, перше покоління Audi A8, A2. Крім Audi, інші компанії також випустили повністю алюмінієві кузови, такі як Jaguar XJ, New Range Rover, Mercedes Benz S-Class тощо, як показано на малюнку.
Деформовані алюмінієві сплави отримали швидкий розвиток у застосуванні структурних деталей рівня кузова, таких як кришка багажного відділення з алюмінієвого сплаву, кришка моторного відсіку, задні двері, балка бампера тощо, що стає все більш популярною. З розробкою та застосуванням нових матеріалів, таких як затверділий алюмінієві сплави, порошкова металургія алюмінієві сплави, суперпластичні алюмінієві сплави, алюмінієві матричні композити та піноалюміній, алюмінієві сплави будуть ще більше розширені в майбутньому, а лиття, профілі Очікується, що ситуація поєднання листового металу та алюмінію стане другим за величиною автомобільним матеріалом після сталі в майбутньому.
Audi A8 повністю алюмінієвий кузов
3. Магнієвий сплав
В даний час магнієвий сплав в основному зосереджений у рамі керма на кузові автомобіля. Рама приладової панелі, рама сидіння та інші компоненти ще не вироблялися масово й не використовувалися в структурних компонентах білого кузова. Наразі лише певна модель Chrysler була спробована, як показано на малюнку. Через обмеження стійкості до корозії та формування магнієві сплави ще не знайшли широкого застосування.
4. Композиційні матеріали
Технологія композиційних матеріалів в автомобільній промисловості спочатку була застосована до бамперів, потім замість сталевих пластин із пружинної сталі зі змінним поперечним перерізом, а пізніше для виробництва чотирьох дверей і двох накладок. Широкомасштабне застосування композиційних матеріалів відбулося після середини-1980. У 1990 році Ford і Chrysler послідовно розробляли композитні матеріали.
Композиційні матеріали мають багато переваг, з якими металеві матеріали не можуть порівнятися: низька щільність, висока питома міцність і високий питомий модуль; Властивості матеріалу мають можливість проектування; Дизайн структури продукту має великий ступінь свободи, що дозволяє легко досягти інтегрованого та модульного дизайну; Хороша стійкість до корозії, довговічність, звукоізоляція та зниження шуму; Можна використовувати кілька процесів формування, що призводить до низьких витрат на форму; Поверхня класу A, можна уникнути розпилення та інших процесів; Низькі інвестиції та короткий цикл виробництва. В даний час існує нагальна потреба в розробці легких автомобілів. З огляду на всеосяжну перспективу розвитку ефективності витрат, композитні матеріали на основі смоли, армовані вуглецевим волокном, є кращим вибором для композитних матеріалів, які використовуються в структурних компонентах кузова автомобіля. Його можна наносити на кришки моторного відсіку, крила, дах, багажне відділення, дверні панелі та конструктивні компоненти світла шасі.
З розвитком технології виробництва автомобільних композитних матеріалів він широко використовується в спортивних і розкішних автомобілях. У порівнянні з компонентами з алюмінієвих сплавів, композитні матеріали можуть зменшити вагу приблизно на 50%. В даний час вуглецеве волокно в автомобілях еволюціонувало від односпрямованих волокон і двонаправлених тканих матеріалів до багатоосьових порожнистих збірних кузовів з вуглецевого волокна, які можуть отримувати різні форми та структури автомобільних компонентів, як показано на прикладі застосування композитних матеріалів в електромобілях BMW I3.
2, Виробничий процес
1. Гаряче формування має високу точність і хороші характеристики формування та широко використовується у виробництві високоміцних автомобільних бамперів, дверних дуг, підсилення A, B, C-стовпів, рам даху, середніх каналів та інших компонентів безпеки та конструкції . В даний час ця технологія швидко розвивається за кордоном і використовується General Motors в США, Ford, Volkswagen в Німеччині та ін. для виготовлення високоміцних штампованих деталей. Нижня частина кузова автомобіля China FAW Hongqi H7 також масово використовує технологію гарячого формування, як показано на малюнку:
2. Лазерне зварювання
У 1985 році Audi успішно застосувала першу в світі пластину з лазерним зварюванням. У 1990-х роках великі автомобільні компанії Європи, Америки та Японії почали масово використовувати технологію лазерного зварювання. В останні роки ця технологія широко використовується в проектуванні та виробництві нових сталевих кузовів транспортних засобів у всьому світі. Як показано на малюнку, типові структурні компоненти кузова автомобіля FAW H7 у Китаї зварюються лазером.
Використання технології лазерного зварювання може зменшити кількість автомобільних компонентів, зменшити вагу транспортного засобу, покращити використання сировини, підвищити функціональність конструкції та підвищити гнучкість конструкції продукту.
3. Пластина різної товщини
Пластина різної товщини виготовляється після лазерного зварювання для вирішення проблем лазерного зварювання пластин. Процес виробництва зображено на малюнку
Пластини різної товщини можуть замінити пластини, зварені лазером, щоб досягти кращого полегшення. Але він не повністю замінює пластини для лазерного зварювання, тому що лазерне зварювання дозволяє не тільки зварювати пластини різної товщини, а й пластини з різних матеріалів і міцності. Пластини різної товщини не можуть досягти цієї функції.
3, Оцінка вартості
У порівнянні з іншими легкими матеріалами, високоміцна сталь має нижчу ціну та кращу економічність, а її широке застосування може підвищити безпеку транспортних засобів. Високоміцна сталь може зменшити товщину матеріалів, тому порівняно зі звичайними сталевими пластинами її можна зробити більшою без значного збільшення вартості, яка приблизно в 1,5 рази перевищує вартість звичайної сталевої пластини.
Щільність алюмінієвого сплаву 2,68 г/см³, лише одна третина сталевої пластини. Враховуючи, що використання алюмінію вимагає збільшення товщини та поперечного перерізу, вага може бути зменшена на 30% - 50%. Порівняно зі сталевими пластинами вартість звичайних алюмінієвих панелей збільшиться в 2-5 разів.
Композитний матеріал з вуглецевого волокна щільністю 1,5 г/см³, Менше 1/5 сталі. Застосування композитних матеріалів з вуглецевого волокна до дверей автомобіля, кришки моторного відсіку та кришки багажного відділення може зменшити вагу більш ніж на 50%, а вартість матеріалу більш ніж у 5 разів вища, ніж у сталевих пластин.
4, Легкий рівень
Вітчизняне автомобілебудування не сформувалося в масштабах, промисловий ланцюжок недостатньо завершений, існує значне відставання від зарубіжних країн. Понад 60% світових масових моделей автомобілів мають високоміцні сталеві кузови, і сталь з рівнями міцності 780 МПа та 980 МПа досить поширена в компонентах кузова. Високоміцна сталь може зменшити вагу деталей на 20-30% без шкоди для безпеки та комфорту.
Для деяких компонентів висококласних моделей автомобілів на іноземних або вітчизняних спільних підприємствах використовуються легкі матеріали. Інженерні пластикові компоненти можуть зменшити вагу на 30-35% порівняно зі сталевими компонентами, компоненти з алюмінієвих сплавів також можуть зменшити вагу на 30-50% порівняно зі сталевими компонентами, компоненти з магнієвих сплавів можуть зменшити вагу на 40-55% порівняно зі сталевими. компоненти, а композитні компоненти з вуглецевого волокна можуть зменшити вагу на 40-60% порівняно зі сталевими компонентами.
5, Легкий транспортний шлях технології
Полегшений шлях руху сторонніх кузовів показаний на малюнку:
Спираючись на іноземні технології, можна вивчити шлях розвитку технології полегшених кузовів у Китаї
1. Короткостроковий
Мета: збільшити частку застосування високоміцної та надвисокоміцної сталі, розумно зменшити товщину сталевих пластин, широко застосувати передову технологію формування та технологію з’єднання та досягти очікуваної мети полегшення.
Підхід: для оптимізації конструкції структурних параметрів кузова транспортного засобу використовуються високоміцна сталь, надвисокоміцна сталь, конструкційні пластики та відповідне застосування магнієвого алюмінієвого сплаву та композитних матеріалів. Товщина, форма поперечного перерізу та розмір сталевих листів євро також широко використовуються, включаючи лазерне зварювання, процеси гарячого формування та передові технології з’єднання.
2. Середній термін
Мета: освоїти характеристики та технологію з’єднання алюмінієво-магнієвих сплавів і композиційних матеріалів, а також інтегрований легкий багатоцільовий метод спільної оптимізації характеристик конструкційних матеріалів, а також задовольнити розрив між необхідним і іноземним технічним рівнем.
Шлях: розширити пропорцію та кількість застосування алюмінієво-магнієвого сплаву та композитних матеріалів у кузовах автомобілів, оптимізувати конструкцію компонентів алюмінієво-магнієвого сплаву та армованого волокнами композитного матеріалу на основі властивостей матеріалу та повністю використовувати переваги продуктивності самих матеріалів.
3. Довгостроковий
Мета: поступово освоїти характеристики композиційних матеріалів з вуглецевого волокна, методи проектування компонентів, ефективні виробничі процеси, методи контролю продуктивності та технології підключення, а також поступово наздогнати рівень легких автомобільних технологій у розвинених країнах в автомобільній промисловості.
Підхід: володіти технологіями проектування, виробництва та з’єднання сталевих алюмінієвих гібридних кузовів транспортних засобів, поступово освоюючи конструкцію компонентів з вуглецевого волокна. Ефективне виробництво, контроль продуктивності та технологія підключення розширять частку застосування композитних матеріалів з вуглецевого волокна в автомобілях.