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[轻量级峰会论坛]长江汽车余向东:钢铝混合车身

作者:佚名
来源:http://www.ronusidun.com/

7月12日至13日,“2018中国汽车轻量化产业峰会论坛”在上海隆重举行。 论坛的主题是“新技术、新材料和新技术”。 论坛的目的是减轻汽车本身的重量,同时提高输出功率、降低噪音、改善操控和安全性。 还讨论了汽车轻量化政策趋势的发展、基于平台的汽车轻量化设计方案、关键零部件轻量化技术的发展、多材料轻量化技术在汽车上的应用以及成本控制分析。。

医生。 余向东,贵州长江汽车有限公司汽车工程研究所总工程师。,有限公司。

医生。 余向东,贵州长江汽车有限公司汽车工程研究所总工程师。,有麒麟网娱乐主管限公司。,介绍了钢铝混合车身的有机选择。 以下是演讲的真实记录(有一些删节) :

感谢大家出席会议。 谢谢你提供了这么好的学习和交流机会。 我亲自出席了为期两天的会议,并感到非常富有成效。。我们的汽车厂直接面对客户,我们需要对客户不会接受的性能、价格和低成本性能产品负责。

首先,让我们介绍一下贵州的长江。众所周知,它主要从事纯电动汽车的设计和制造。本集团杭州长江已获得工业和信息化部及国家发展和改革委员会生产纯电动汽车的资格。它不仅有研发资格,还有生产资格。贵州长江汽车有限公司。有限公司。由长江和贵州省政府在贵安国家高新区设立。它从事纯电动汽车的制造。我们生产的车辆包括乘用车、中国和巴基斯坦以及物流车辆、卡车和乘用车。我们已经开始生产卡车、客车和物流车辆,因为我们有这个领域的资格。我们仍在研发过程中,我们正在申请杭州长江的生产资质。我们目前正在吉安建立一个生产基地,规模为1800亩。完工后,我们可以生产20万辆纯电动公交车、物流车辆和汽车。这是对贵州长江的简要介绍。

为什么选择钢铝车身的有机选择? 原因是在新能源汽车行业工作的人,由于当前电池技术的限制,项目管理部门经常首先给我们重量轻的任务,车身有多轻,底盘有多轻。 有时候领导会告诉我们,你是可以做铝合金车身,还是空间框架结构,还是钢结构。现在市场上有许多不同结构的车身。我们选择哪种车身来适合我们的产品 在过去的两天里,每个人都提到,重量轻意味着在合适的零件中使用合适的材料,并应用合适的技术。在汽车工厂,轻量化更适合我们的产品定位、产品策略和生产策略。轻量级应该与您现在正在设计的生产线相结合。如果所选择的技术路线不能在现有生产线上生产,这是没有用的。

首先,我声明我将在本报告中分析许多车辆的车身结构,其中一些已列出,一些未列出。我选择这些车辆并不意味着我喜欢或不喜欢哪一辆,而是仅仅用于我们的研究和讨论。概述了钢铝材料的性能、轻量化设计原则、钢铝车身材料和连接、典型燃油汽车钢铝车身的比较、典型钢铝纯电动汽车的比较、典型框架铝合金车身的比较、钢铝车身的实用分析以及铝合金在开闭部件中的应用。最后给出了结论。

首先,我想列出铝合金和普通钢这两种传统材料。众所周知,铝合金的密度约为普通钢的三分之一,杨氏模量也约为三分之一,这两种材料的屈服强度大致相同,一种是215兆帕,另一种是235兆帕。抗拉强度差别很大,铝合金是240兆帕,普通钢是400兆帕,这一点非常重要,特别是当我们考虑碰撞时,铝合金超过一定强度后会断裂,普通钢具有较高的强度和较大的伸长率。我想举一个例子来说明当我们使用不同的材料时,特别是当我们使用轻质材料时,我们是如何达到轻质效果的。左边是宽度为120、长度为2540、高度为180的横截面,这相当于模拟阈值的汽车结构。这门需要小于1毫米的位移。在3335头牛的工作条件下,它代表一个人站在门上上下跳跃,这是一种实际的工作条件。我们从左侧看到应用的钢板、钢板200、铝合金70、屈服强度钢板220、铝合金215、宽度120的参数。利用位移小于1毫米的受力条件,计算钢板1的厚度。 9.5、铝合金5。58岁。如果设计部分限于死亡,这个部分只有这么大,钢板的重量是23。9、铝合金至23。04,这个比率相对相似。钢板是1,铝合金是0。96。右边的情况是宽度无限制,长宽比不变,钢和铝随便改变,只要位移小于1毫米,强度为3335牛顿。对于钢板和铝合金,截面宽度不同,高钢截面为145°。6。铝型材的宽度是183.9。钢板1的厚度也不同。09、铝合金1。55,重量钢板15。87、铝合金10。13、钢板比为1,铝合金为0。64岁。实际上,你不可能实现30 %的减肥,你只能达到15 % - 20 %的效果,因为设计空间往往有限。

钢结构车体的常用材料通常是强度特别高的热成型钢,如a柱的外板、内板和加热板,前纵梁还包括左翼前梁和后梁。除冲压外,铝合金车身材料也是挤压成型的。前纵梁由两个椭圆形开口组成。窗台梁不同于传统梁。此时,更多的结构形式被用来实现我们需要的机械性能,同时减轻重量。这是我们刚才谈到的原则。我们必须改变结构。不改变结构,我们可能得不到这种效果。特斯拉使用大量压铸铝,并且使用不同的结构来减轻特斯拉上方使用的减震塔、前纵梁的接头和后纵梁的接头的重量。

当使用铝合金作为车身时,尤其需要了解连接方式。氩弧焊通常用于前纵梁、型材和型材之间。氩弧焊在应用时不是问题。氩弧焊会带来很大的不一致性。有些公司在铝合金车体上使用大量氩弧焊,这会导致车型变形。我们建议越少越好。。另一种是自冲铆接,由于铝合金焊接的问题,自冲铆接使用得越来越多,越来越成熟,而且价格也越来越贵,3 - 40美分,钢板焊接是1。5美分很好,这些费用也应该考虑在内。

流动钻孔螺杆是一种相对较新的技术,常用于盲孔连接和压铸铝及金属板连接。这种连接过程不容易手动操作,因为工作力相对较大,需要100多公斤,并且需要机器人。如果设计中使用了FDS,但如果不设计这种制造方法,如果使用人工,将会遭受很大的损失。这不是很有用,也相对昂贵,但有时你不得不花5或60美分使用。这个成本对我们来说非常重要,我们必须把它计算在成本中。结构胶粘结在我们一般的钢体中很少使用,但是铝合金对于结构胶粘结是非常重要的,而且它经常在连接的强度中起主要作用,就像SPR起辅助作用一样,它也比较贵,每米3元,如果使用70米或80米,超过200元。有许多传统的方法来拉铆钉螺丝,所以这就不多说了。这是相对常见的。虽然据说铝合金不能焊接,但也可以使用铝电阻焊,但它更贵。有两种焊接方法。一个是焊接头在顶部,并且有特殊的处理,因为我们都知道铝电阻相对较小,并且当施加大电流时不可能产生良好的热量。铝焊接性能在焊接处下降22 %,这在一般情况下很少使用,但也可以焊接。特斯拉使用更多。你需要有特殊的方法。一是对焊接头进行一些处理,二是使用焊带,二是使用凸焊螺钉。安装内部装饰部件时,我们需要这个来定位地毯和其他东西。

一般来说,我们只有一条涂层生产线。 使用钢板和铝合金混合车身时应该注意什么 一是电化学腐蚀,钢板和铝板之间的电化学反应会发生变化,我们尽量选择双面涂层钢板。复合材料代替金属材料,避免钢和铝的直接接触,可以用防风胶隔离。如果铝表面的接触面相对较大,需要增加一套钝化设备。 如果铝合金的接触面相对较小,需要加入氟离子。

现在让我们来看看车身材料在传统钢铝车身结构不断发展中的应用。首先,让我们来看看奥迪A8车身结构的演变,这一点大家可能都很清楚。让我们来分析一下它的变化过程,以及它为什么变化如此之大。我希望我们能从中找到一些规则。第一代是20世纪90年代的D2,当时车身主要由型材制成。当时,它是手工制作的。他的体重减轻到249公斤。在手工生产过程中,变形很大,一致性差。在下一代D3中,车身的轮廓将被缩小,并且将使用大量铸铝件和少量铝板。它允许许多复杂的结构设计。此时,体重处于最佳状态。车身重215公斤,但成本可能会更高。下一代肯定需要考虑成本。D4车身轮廓已缩小,压铸件已缩小,添加了铝板件,并添加了少量热成形钢。这时,重量已经增加到231公斤。为什么会增加 这很简单。当你使用大量板材时,你不能达到使用型材或压铸件的良好减重效果,所以重量会增加。此外,如果你增加热成型钢的重量,重量会增加。去年,又一个大惊喜爆发了。车身的重量突然增加到282公斤。每个人都想知道为什么会这样。? 从D4到D5,添加热成型钢板、钢、碳纤维、镁合金和铝合金以增加刚性。此时,身体机能将得到改善,NVH也将得到改善。作为一款高档奥迪,碰撞性能将得到改善,因为它将与沃尔沃竞争。D5使用大量热成型钢。我们刚才说铝合金的极限抗拉强度比钢低得多。当然,原始设备制造商不敢说,但它只是宣传轻量级,但其安全性能可能相对较差。特别是现在欧洲对碰撞安全的要求越来越高,它不得不使用各种混合材料来形成新一代的车身。就性价比而言,它仍然是最轻的,但是为了达到最佳的安全性和NVH性能,我们不得不增加一些重量,达到282公斤,还有一些其他的技术措施,比如宝马使用了大量的碳纤维,而此时重量不会增加这么多。D5比自己选择的稍微重一点,但成本会降低,车身性能和安全性能会大大提高,铝合金重量会达到58 %。

以下是卡迪拉克CT6。凯迪拉克于2016年在上海生产,并开始大规模生产,大约与D5的时间相同。我们不知道谁复制了谁,当然,我们也不总是互相复制。然而,很明显,每个人最终都达成了一致意见,高强度和热成型钢板必须用于乘客车厢,以保护乘客的安全,特别是高档汽车。铝型材用于正面和背面,也使用许多连接方法,例如自攻螺钉连接、自穿孔铆接、铝激光钎焊和铝电阻点焊。中旅汽车车身铝合金的使用也很有趣,达到58 %。混合动力车车身是创造最佳性价比的最佳条件。

我在新能源汽车领域工作,我们非常关心纯电动汽车的车身材料。我的老板经常告诉我人们使用什么材料和技术,以及我们为什么使用它们。现在让我们看看特斯拉模型。众所周知,它使用纯铝车身,上车身为冲压结构,下车身为型材结构。我们简单看一下一些逆向数值模型。我们发现,为了降低铝合金冲压的难度,通常使用一大块汽车侧壁就足够了。特斯拉采用分段冲压的形式。它的设计相当巧妙。除非拆下外部装饰件,否则看不见。下体的窗台由型材制成,前纵梁也由型材制成,减震塔由压铸制成,后纵梁的前段由压铸制成,加强横梁也由型材制成,下体基本上是型材和压铸的组合。我在网上看到了一些模特制作的视频。座椅横梁通过机器人氩弧焊焊接到门槛上。型号S在中国的价格是90万英镑。

我们需要知道这种3型结构使用哪种车身。我们不能让所有的车都花60万到70万元,所以没有人愿意买。我们自己对模型3做了一些价格分析,发现它完全相反。他基本上使用钢,包括正面。在后面部分,它使用了一些铝合金部件。前纵梁包括整个车身,回到传统车身。铝合金、低碳钢、高强度钢和超高强度钢与传统燃油汽车的结构相似。乘客舱中使用了许多热成型材料。它是美国的。S。价格是3英镑。50,000美元,非常接近人民。

目前,中国有一些新的汽车制造力量,大量铝合金也被用作车身材料。这辆车是一辆乙类越野车。它在许多微妙的方面与特斯拉和S型略有不同,但它基本上采用特斯拉的结构。上体由铝合金制成,下体由型材制成。我们在这里只是说设计方法可能是相同的,但生产方法可能不完全相同。据网上报道,车身的轻量化指标非常高,白色车身的弯曲和扭转刚度达到了很好的水平。它的最低价格定在40万英镑左右。

让我们看看另一辆稍大于甲级的运动型多功能车。根据我们的理解,他们基本上不使用铝合金进行轻量化设计。他们基本上完全使用传统的身体。价格定位低了15万左右,而铝合金车身汽车的价格在40万到50万之间,略有不同。

让我们来看看由大量铝合金型材制成的一种叫做空间框架结构的车身。奥迪是第一个提出这一建议的,以R8为代表。前面有很多铝型材和铝铸件,中间有一些铝板占23 %。R8是一个过度运行的结构。

另一个是日产的NSX,实际上车身结构与R8相似。两辆车都很贵,超过200万元。哪家公司昨天提到a柱加强件是以三维淬火的形式制造的。横截面可以做得更小。a柱的视野可以得到很好的改善。这是一个典型的结果。昨天熊总是提到K50,它也有点像R8的结构。它也是铝合金结构。前后框架相同,但K50外壳是碳纤维外壳,相对较新。然而,它的价格约为70万英镑,前两个R8和NSX超过200万英镑。能够在中国这样做仍然非常好。起初,我去看了这辆车的车身。首先,纯电弧焊接方法最近大大提高了一致性。据网上报道,他们用155 FDS代替电弧焊来解决车身的一致性问题。

以下示例也是铝合金空间框架结构。盖子不一定是碳纤维,但是可以是塑料的。它将所有连接变为螺栓连接。它使用1000到2000个螺栓,重200到300公斤。它还没有被执行。我不知道下面是什么样的。。许多国内企业已经想出各种方法来使用铝合金空间框架来制造汽车,并找到减少氩弧焊使用的方法。我认为我国企业的创新精神很强。另一个例子也是框架结构,其由塑料部件覆盖制成。是方程1,小蚂蚁。这辆车的车身和车顶重165公斤,是A0级车。这是东风的,里面是一个由各种连接方式组成的框架。压铸件很少,还增加了一些铝合金板。一些盖子被放在上面形成一个车身。

这个数字比较了投资铝合金车体的成本。最左边的部分是带蒙皮的铝合金框架,第二部分是带模板的铝合金,最后一部分是带冲压的铝合金。红线是制造投资和模具成本,而绿线是零件和装配成本。鉴于框架加表皮形式的投资相对较低,开始时不要使用太多模具。然而,一开始成本相对较高。如果按下车身,开始时投资相对较高,零件装配成本相对较低。这取决于你的数量。一种选择是看数量。如果每年少于一定数量,我会选择左边的方法。如果你的数量超过每年50,000,60,000和100,000,我会选择压制方法。当然,每种产品都是不同的,如果它与钢的比例不同,那么我会选择进行一些计算。 此时,该成本应添加到连接成本中。我们也遇到了这样的问题。昨天梨总是介绍他们的下体框架结构。我们也遇到过这样的问题,一个是钢制的下体,另一个是铝合金的下体。用于下车体的铝合金仍然由钢制成,铝合金型材具有较好的膨胀性。如果加长和加宽更方便,如果模具是钢制的,它将被重新打开。我们做了一些简单的评估,这可能不完全正确。下部车身使用241公斤钢和184公斤铝合金。成本是3615 /公斤钢和7360铝合金。模具钢8000万,铝合金2740,你可以根据数量选择钢或铝合金,你可以根据产品定位决定哪个更好,当然我们有自己的选择,你可以这样选择。

与其他车门、钢板、全铝和钢铝混合动力车相比,我最希望现在能够制造全铝车门,因为它与车身制造过程几乎没有关系,我可以单独在外面制造它们。而这是一个发套,铝合金和钢基本上是一样的,成本也是一样的,但是重量减轻很明显,重量减轻了6。7公斤,37 %。这是其他一些应用。一是门槛增加了铝型材,以提高侧面碰撞性能。这是模型3的结构。我可以用很少的模具成本轻松增加轮廓。型材的模具成本为50,000 - 60,000元,足以有效提高侧面冲击性能。

我将在下面给出一些结论,不一定是正确的,但我可以给你一个参考。首先,纯铝合金车体可以在中国制造,但生产过程必须有计划,特别是连接方法。不考虑制造方法就贸然使用铝合金是很麻烦的。此外,所有铝合金通常用于位置相对较高的车辆。其次,可以看出混合材料车身是未来车身的发展方向。对于传统的贴牌生产,我们可以先开发一些与白车身制造联系较少的铝合金车身零件。第三,框架结构是进行小规模生产的有效方式,但我们需要继续寻找框架之间的有效连接。早上,我和一个朋友谈论了3D打印方法。昨天熊总提到新的碳纤维连接方法。有很多方法可以做到这一点。第四,如果你分析它,你可以使用铝合金车身,如果你想使用它,你可以使用专业铝合金车身制造商的能力,这可以缩短学习时间,减少投资,当然,成本稍高。第五,车身材料的选择关系到产品定位、产品策略和生产策略以及动力系统的发展。现在电池的能量密度越来越高,续航里程的压力也比往年稍低。为了节约成本,你可以选择一些传统材料。当然,就像厨师一样,你想要不同的口味,你可以选择不同的原料。这就是我今天和你分享的。谢谢大家。

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