新材料与工艺手册

[车身轻量化] 车身轻量化材料的新技术

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发表于 2016-1-5 22:43:21 | 显示全部楼层 |阅读模式

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1 概述
防止地球温室效应的C02(燃耗)排放限制日益规范、石油价格高涨带来的汽油价格上涨,使低燃耗轻量化技术开发已成为当前汽车研发的首要课题。另外,随着石油、矿产材料及贵金属等资源价格上涨,原材料价格也随之迅速上升,因此各汽车制造商也需要通过节省各类原材料的使用量,实现汽车轻量化。为进一步加强车辆轻量化进程,各汽车制造商开始重新修订既定的发展政策。
钢材约占汽车原材料7成比重,虽然在过去几十年内,树脂、铝/镁等轻量化材料的使用比重不断增大,但钢铁的使用量仍占绝对优势。在汽车各类零部件中,车身外板轻量化最见效,因此各制造商一直试图降低车身外板重量,并自2007年以后开始在车身外板上加大铝板和树脂板的使用量。在铝材料使用方面,宝马(BMW)X5/X6、通用(GM)SUV混合动力车、Lambda平台车(CUV)等以及在美上市的全尺寸等较大型号车型的发动机罩均使用铝材料,其中大部分铝材料是由Novelis(原Alcan)提供。此外,日产采用Alcoa技术,生产GT-R的铝车门,预计今后Alcoa技术也可能广泛应用到其他公司车型上。
在树脂板方面,宝马、悍马(Hummer)、三菱汽车和标致雪铁龙(PSA)等制造商均使用树脂板做挡泥板。例如,Smart自90年代以来一直以树脂板代替钢板,2007年以后,业界开始聚焦代替后面及侧面板玻璃的聚碳酸酯树脂。无论是作为钢材替代品还是作为板玻璃替代品,SABIC Innovative Plastics(2007年被沙特阿拉伯SABIC收购后,公司名称由GE Plastics变更为当前名称)产品均被多家汽车制造商广泛应用。钢板替代品树脂Norvyl GTX在第l代Smart上被应用,而板玻璃替代品Lexan GLX则是由GE Plastics与Bayer的合资公司EXATEC开发的表面涂层技术进行生产,并相继被应用在通用汽车车顶及本田欧洲版Civic的后窗上。此外,SABIC Innovative Plastics还与现代汽车和路虎(Land Rover)合作开发概念车,今后新车也可能采用上述新树脂材料。
一直以来,各类车型均通过使用奥迪ASF(全铝空间框架)及捷豹(Jaguar)铝车身方法实现车身轻量化,但上述方法还未推广到量产车型领域。除铝材料外,奥迪在2007年上市的新款TT上还使用了铝和钢铁混合材料车身,此类车身重量比纯钢铁车身轻48%。
随着汽车制造商车身轻量化步伐的日益推进,越来越多的车型开始采用铝和树脂等轻量化材料。但此类材料仅限于高燃耗大型SUV和运动车型上使用。局限性主要是因为随着原材料成本及石油价格上涨,树脂和铝的价格也将随之上升。今后替代材料成本也将增加,降本必将成为轻量化技术发展的关键。
在上述情况下,轻量化实现的可能性最大的是国际钢铁协会IISl于2007年12月发布的第三代高强度钢的研发方案。该方案以日本、美国、欧洲、印度、中国及俄罗斯等世界性钢铁生产制造商加盟的WorldAutoSteel为主体,开发汽车钢板技术Future Steel Vehicle。此外,随着丰田在2007年东京车展发布超轻量车l/X,日本国内也掀起了碳纤维强化塑料的研发热潮。不过,日本企业虽然在碳纤维强化塑料的研发技术上占据优势,但却面临着比树脂和铝更大的降本问题。
2 钢铁产业界开发可实现35%轻量化的第三代高强度钢
·钢铁产业界认识到新钢铁产品技术有利于汽车轻量化,已开始新一代技术研究。
——美国钢铁产业界团体AISI(American Iron and Sreel Institute)认为,在降低燃耗实现轻量化方面,AHSS(Advanced HIigh Strength Steel/高强度钢)至少可减重25%。如果采用目前正在开发的第三代AHSS,则车辆有望减重35%。
——AISl从制造工程的生命周期考虑,钢铁产生的温室气体排量低于铝、镁、碳纤维强化塑料等其他材料。
·为开发新技术,国际钢铁协会IlSI(International Iron and Steel Institute)于2007年12月将启动FSV(Future Steel Vehicle)。
——FSV作为全球研究开发合作组织,是继ULSAB、ULSAC、ULSAS及ULSAB-AVC后,第5项汽车钢材技术开发项目。该项目由llSI下属汽车部门WorldAutoSteel负责。
——项目共包括第1(工程调查)、第2(概念设计)、第3(公开作业)三个阶段。第1阶段将由德国EDAG Engineering 和 Design AG合作开展,预计2008年完成。
* ULSAB=Ultra Light Steel Auto Body
C=chassis
S=suspention
AVC=Advanced Vehicle Concept。
* WorldAutoSteel加盟企业
AreelorMittal、Baoshan(宝山)、Corus-Tata、现代制铁、JFE、神户制钢、新日铁、Nucor、POSC0、Severstal、住友金属工业、ThyssenKruppStahl、USIMINAS、US Steel、voestalpine Stahl。
(根据IISI/WorldAutoSteel及AISI公布资料制作)
丰田发布碳素纤维车身的1/X(200710)
·丰田于2007年10月在东京汽车展上发布碳素纤维车身的环保概念车1/X
——1/X Prius与Prius拥有相同的车内空间,燃耗约比Prius节省2倍,重量达420kg(约为Prius的1/3)。车架采用轻量且高刚性材料的碳素纤维强化塑料,确保碰撞安全性的同时,立柱之间有较大的视野空间。
(根据丰田公布资料制作)
3 SABIC IP 车身外板用树脂的开发
·SABIC Innovative Plastics(原GE Plastics,本部:美国马萨诸塞州)宣布与多家汽车制造商合作,开发采用树脂材料车身外板的概念车。
——Land Rover LRX:Land Rover于2008年1月在NAIAS(北美国际汽车展)上发布两款概念车LRX。全景天窗、侧窗及后窗均采用SABIC IP的Lexan GLX t EXATEC*表面涂层技术。
——现代QuarmaQ:现代汽车于2007年3月在Geneve车展上发布CUV的高技术版展览车(DEMO CAR)QuarmaQ。该款车广泛采用先进树脂材料,减重60kg。
——Opel Flextreme/Chevrolet Volt:GM在2007年发布两款概念车。采用Volax IQ、Xenoy iQ、NextGen Lexan GLX。
* EXATEC是原GE Plastics和Bayer Material Science于1998年对半出资成立的合资公司。开发车用玻璃(树脂替代玻璃)技术和用于PC(聚碳酸酯)的表面涂层技术。到2007年以前,GE Plastics(当时)已成为其全资子公司。
(根据SABIC Innovative Plastics公布资料制作)
树脂:轻量化车体外板的应用动向
供应商
汽车
采用日期
备注
SABIC IP/
(GE Plastics)
悍马(Hummer)H3
2006
在挡泥板上采用Noryl GTX树脂。
三菱Delica D:5
2007
替代钢铁实现车身轻量化,前方挡泥板采用Noryl GTX树脂。
本田Civic
(欧洲市场)
2006
本田在新Civic(欧洲市场)的后窗上采用SABIC开发的树脂Lexan GLX。Lexan GLX是SABIC开发的替代玻璃用聚碳酸酯树脂。
Opel Corsa
2007
开发2007年上市新款Corsa采用的全景天窗。使用SABIC IP开发的Lexan FXDl23树脂。Opel是继2005年推出的Zafira后,又一款全景天窗车型。
SABIC IP/Visteon
标致(Peugeot)
307三厢车
(中国市场)
2008
使用SABIC Innovative Plastics的Noryl GTX树脂挡泥板也将装配在中国上市车型标致307上。虽然标致雪铁龙(PSA)7年前已在欧洲推出了采用该树脂挡泥板车型,但在中国市场推出采用此类产品尚属首次。开发之际,得到Plastic Omnium协助,由与Visteon的合资公司——DFV(Dongfeng Visteon Automotive Trim Systems)负责本地生产,向DPCA(东风雪铁龙)供货。SABIC IP宣称,通过使用聚苯醚(PPE)和聚酰胺(PA)混合而成的Noryl GTX材料,最大可减重50%。
Plastic
Omniuin
宝马X5
2007
2007年车型改款时,采用与Plastic Omnium共同开发的树脂制挡泥板组件。挡泥板组件是用热塑料(PP-EPDM)将车轮罩、空气引导装置、前大灯、GPS、安全气囊感应器、空气冷却器、机油冷却器安装在挡泥板上构成。美国实行适时供应。首款X5使用ThyssenKrupp Budd生产的铁制品。
(根据各公司公布资料及各种报道制作)
4 奥迪通过铝铁混合实现车身轻量化
·为实现新TT车身轻量化,奥迪开发出铝和铁最佳比率的混合材料车身。白色车身重206kg,比纯铁车身轻48%。
——206kg包括铝140kg和铁66kg。铝制品中包括板材63kg、铸造零部件45kg、压型32kg。
——TT整车重量的69%是铝制品。
——底板后部、门及后备箱盖采用铁素材。
·奥迪轻量车身开发体制
——奥迪l994年在Neekersulm工厂配备轻量铝材料的研究设施。形成Audi A8的ASF(Aluminium Space Frame)设计理念。A2和A8采用ASF技术。
——2003年更名为ALZ(Aluminium and Lightweight Design Centre),进行高张力钢材、拼焊板、纤维强化塑料及镁等全部轻量化材料的研究。
奥迪车辆重量每减轻l00kg,燃耗可节省0.3L/l00km,CO2排放可减少7.5~12.5g/km。
5 铝轻量化车体外板的应用
铝轻量化车体外板的应用
供应商
汽车
采用日期
备注
Novelis*加拿大、印度系)
梅赛德斯-奔驰(M-Benz)C级
2007
向梅赛德斯-奔驰C级供货。为此,在瑞士Sierre设有压延机装备。
宝马(BMW)X5/X6
2007
供应发动机罩用铝板。同时也向宝马3、5、7系列及Z4供货。
GM Yukon/Tahoe的Hybrid版
2007
供应发动机罩及升降门用铝板。Yukon/Tahoe Hybrid比基本款减重400磅。铝板减重可抵消替代驱动增重。
Dodge Town&Country,Gr Caravan
2007
供应发动机罩铝板坯料。
通用凯迪拉克(GM Cadillac)CTS
2007
向2008MY**凯迪拉克CTS供应发动机罩用铝片。
GMC Acadia/Buick Enclave
2007
自2008MY开始供应发动机罩用铝片。
奥迪R8
2007
除奥迪R8外,还向奥迪TT、Q7、A6供应铝片。铝及轻量材料的研究机构——德国Neckersulm的ALZ(Audi Lightweight Design Centre)负责奥迪车身轻量材料的研究项目。
Alcoa
(美国)
日产GT-R
Lamborghini Murcielago
保时捷(Porsche)Cayenne
Shelby Auto(Ford Mustang)
2007
不详
不详
不详
供应采用AVDC(Advanced Vacuum Die Casting)技术的铝合金。日产GT-R的车门采用该技术。
* 负责铝压延产品的Novelis于2005年1月脱离Alcan后独立。该公司于2007年5月被印度Hindalco Industries收购。
** 2008年MY:2008model year=车型年度。
(根据各公司公布资料及各种报道制作)
发表于 2018-2-27 09:43:42 | 显示全部楼层
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