Úvod do technológie lisovania automobilov

Biela karoséria osobného auta obsahuje spodnú časť karosérie, horný rám karosérie, dvere, kapotu motora, veko batožinového priestoru, blatníky a ďalšie komponenty. Je základom inštalácie motora, prevodovky, prevodového systému, brzdového systému, systému odpruženia, výfukového systému, elektrického systému a komponentov interiéru a spĺňa bezpečnostné požiadavky svojich členov prostredníctvom zodpovedajúceho konštrukčného riešenia. Účelom ľahkej karosérie vozidla je znížiť hmotnosť skeletu karosérie pri zabezpečení štrukturálnej odolnosti proti nárazu, tuhosti, pevnosti a NVH výkonu karosérie vozidla, pričom sa nezvýšia výrobné náklady karosérie vozidla s cieľom zvýšiť konkurencieschopnosť na trhu. celý produkt vozidla.
Ľahké materiály
Neustále sa rozširujúce vysokopevnostné a ľahké materiály používané v karosériách automobilov zahŕňajú najmä vysokopevnostnú oceľ a ultravysokopevnú oceľ, hliníkové zliatiny, technické plasty z horčíkovej zliatiny a vyhovujúce materiály.
Vysoko pevná oceľ
Oceľ s vysokou pevnosťou sa používa najmä v kľúčových častiach, ako sú predné protinárazové nosníky, výstuhy stĺpikov A, B a C, prahové nosníky, dverové protikolízne nosníky a strešné priečniky, a postupne sa rozširuje úmerne verejnosti. Podiel vysokopevnostnej ocele použitej v niektorých európskych a amerických karosériách automobilov prekročil 60 %, ako napríklad Audi A3, BMW radu 3, Cadillac ATS, Ford Mondeo atď.; Podiel vysokopevnostnej ocele v japonských modeloch áut tiež presahuje 50 %, ako napríklad Infiniti Q50, Honda Civic atď.;
hliníková zliatina
Zliatina hliníka sa postupne rozšírila od kapoty motora až po blatníky, veko kufra a dvere a niektoré autá vyššej triedy dosiahli karosériu z úplnej hliníkovej zliatiny;
zliatina horčíka
Zliatina horčíka sa vyvinula z rámu volantu a rámu sedadla na súčasti podpery riadenia a krytu prevodového systému;
Kompozitné materiály vystužené vláknami
Kompozitné materiály vystužené vláknami sa začali používať na komponenty, ako sú predné moduly, zadné výklopné dvere a sacie potrubie; Kompozitné materiály z uhlíkových vlákien sa rozšírili zo športových automobilov a luxusných automobilov na aplikácie stredných až špičkových a elektrických vozidiel. Štruktúra karosérie určitého sedanu so štyrmi dverami a dvoma krytmi, ako je znázornené na obrázku.
Návrh štrukturálnej optimalizácie
Z hľadiska návrhu konštrukčnej optimalizácie je dôležitejšie vypracovať rozumnejší návrhový plán konštrukcie karosérie v ranom štádiu vývoja vozidla. V súčasnosti sa odľahčený dizajn viacmateriálových konštrukcií karosérie vozidiel vyvíja smerom k vytvoreniu parametrizovanej konštrukčnej platformy (ako je znázornené na obrázku), pričom sa uplatňuje optimalizácia topológie, optimalizácia veľkosti, morfologická optimalizácia, viacúčelová optimalizácia a integrovaný optimalizačný návrh konštrukčného materiálu. výkon.
1, Aplikácia materiálu
1. Oceľ s vysokou pevnosťou sa používa hlavne na vnútorné a vonkajšie panely vozidiel, ako aj konštrukčné komponenty. Vysokopevnostná oceľ zároveň dokáže efektívne zlepšiť pasívnu bezpečnosť karosérie vozidla. Aplikácia pokročilej tuhosti v ultraľahkých oceľových karosériách automobilov a pokročilých koncepčných vozidlách má sľubné vyhliadky na zníženie hmotnosti, úsporu energie, zlepšenie bezpečnosti a zníženie emisií. Aj keď čelí výzvam, ako je odskok počas lisovania, vysokopevnostná oceľ je stále nákladovo najefektívnejším a najatraktívnejším materiálom v porovnaní s inými alternatívnymi materiálmi. 2. Aplikácia hliníkovej zliatiny sa začala v 90. rokoch 20. storočia, reprezentovaná celohliníkovou karosériou s priestorovým rámom Audi. Bol navrhnutý koncept Audi All Aluminium Body Framework (ASF) a bol uvedený na trh zodpovedajúci Audi100, prvá generácia Audi A8, A2. Okrem Audi uviedli na trh všetky hliníkové karosérie aj iné spoločnosti, ako napríklad Jaguar XJ, New Range Rover, Mercedes Benz triedy S atď., ako je znázornené na obrázku.
Deformované hliníkové zliatiny sa rýchlo vyvinuli pri aplikácii konštrukčných dielov na úrovni dielov karosérie, ako je čoraz obľúbenejšie veko batožinového priestoru z hliníkovej zliatiny, kryt motorového priestoru, zadné dvere, nosník nárazníka atď. S vývojom a aplikáciou nových materiálov, ako napr. hliníkové zliatiny, prášková metalurgia hliníkové zliatiny, superplastické hliníkové zliatiny, hliníkové matricové kompozity a penový hliník, hliníkové zliatiny sa budú v budúcnosti ďalej rozširovať a odliatky, profily Očakáva sa, že situácia kombinovania plechu a hliníka sa stane druhým najväčším automobilovým materiálom po oceli v budúcnosti.
Celohliníková karoséria Audi A8
3. Zliatina horčíka
V súčasnosti sa horčíková zliatina sústreďuje najmä v ráme volantu na karosérii vozidla. Rám palubnej dosky, rám sedadla a ďalšie komponenty ešte neboli sériovo vyrábané a použité v bielych konštrukčných komponentoch karosérie. V súčasnosti bol vyskúšaný iba určitý model Chrysleru, ako je znázornené na obrázku. Z dôvodu obmedzení odolnosti proti korózii a tvarovania sa horčíkové zliatiny ešte široko nepoužívali.
4. Kompozitné materiály
Technológia kompozitných materiálov v automobilovom priemysle bola najskôr aplikovaná na nárazníky, nasledovala výroba pružinových oceľových plátov s premenlivým prierezom namiesto oceľových plátov a neskôr boli použité na výrobu štyroch dverí a dvoch krytov. K rozsiahlej aplikácii kompozitných materiálov došlo po polovici-1980 rokov. V roku 1990 Ford a Chrysler postupne vyvinuli kompozitné materiály.
Kompozitné materiály majú mnoho výhod, s ktorými sa kovové materiály nemôžu porovnávať: nízka hustota, vysoká špecifická pevnosť a vysoký špecifický modul; Vlastnosti materiálu majú navrhovateľnosť; Dizajn štruktúry produktu má veľký stupeň voľnosti, vďaka čomu je ľahké dosiahnuť integrovaný a modulárny dizajn; Dobrá odolnosť proti korózii, trvanlivosť, zvuková izolácia a zníženie hluku; Je možné použiť viacero procesov formovania, čo vedie k nízkym nákladom na formy; Povrch triedy A sa môže vyhnúť striekaniu a iným procesom; Nízke investície a krátky výrobný cyklus. V súčasnosti existuje naliehavá potreba vývoja ľahkých automobilov. Z komplexného hľadiska vývoja nákladovej výkonnosti sú kompozitné materiály vystužené uhlíkovými vláknami na báze živice preferovanou voľbou pre kompozitné materiály používané v konštrukčných komponentoch karosérie vozidiel. Môže sa použiť na kryty motorového priestoru, blatníky, strechu, batožinový priestor, výplne dverí a ľahké konštrukčné prvky podvozku.
S rozvojom technológie automobilových kompozitných materiálov sa široko používa v športových autách a luxusných autách. V porovnaní s komponentmi z hliníkovej zliatiny môžu kompozitné materiály znížiť hmotnosť približne o 50 %. V súčasnosti sa uhlíkové vlákna v automobiloch vyvinuli z jednosmerných vlákien a obojsmerne tkaných materiálov na viacosové prefabrikované karosérie z dutých uhlíkových vlákien, ktoré môžu získať rôzne tvary a štruktúry automobilových komponentov, ako to ukazuje aplikácia kompozitných materiálov v elektrických vozidlách BMW I3.
2, Výrobný proces
1. Tvarovanie za tepla má vysokú presnosť a dobrý tvarovací výkon a je široko používané pri výrobe vysokopevnostných automobilových nárazníkov, dverových tyčí, výstuže stĺpikov A, B, C, strešných rámov, stredných kanálov a iných bezpečnostných a konštrukčných komponentov . V súčasnosti sa táto technológia rýchlo rozvíja v zahraničí a používa ju General Motors v USA, Ford, Volkswagen v Nemecku a ďalšie na výrobu vysokopevnostných lisovaných dielov. Spodná časť karosérie China FAW Hongqi H7 tiež vo veľkom meradle využíva technológiu tvárnenia za tepla, ako je znázornené na obrázku:
2. Laserové zváranie
V roku 1985 Audi úspešne prijalo prvý laserom zváraný plech na svete. V 90. rokoch začali veľké automobilové spoločnosti v Európe, Amerike a Japonsku vo veľkom využívať technológiu laserového zvárania. V posledných rokoch sa táto technológia široko používa pri navrhovaní a výrobe nových oceľových karosérií vozidiel po celom svete. Ako je znázornené na obrázku, typické konštrukčné komponenty karosérie vozidla FAW H7 v Číne sú zvárané laserom.
Použitie technológie laserového zvárania môže znížiť počet automobilových komponentov, znížiť hmotnosť vozidla, zlepšiť využitie surovín, zlepšiť konštrukčnú funkčnosť a zvýšiť flexibilitu dizajnu produktu.
3. Doska s rozdielovou hrúbkou
Doska s rozdielnou hrúbkou sa vyrába po laserovom zváraní, aby sa vyriešili problémy laserom zváraných dosiek. Výrobný proces je znázornený na obrázku
Dosky s rozdielnou hrúbkou môžu nahradiť laserom zvárané dosky, aby sa dosiahlo lepšie odľahčenie. Ale nenahrádza úplne laserové zváracie platne, pretože laserovým zváraním je možné zvárať nielen platne rôznych hrúbok, ale aj platne z rôznych materiálov a pevnosti dohromady. Dosky s rôznou hrúbkou nemôžu dosiahnuť túto funkciu.
3, Odhad nákladov
V porovnaní s inými ľahkými materiálmi má vysokopevnostná oceľ nižšie ceny a lepšiu hospodárnosť a jej široké uplatnenie môže zlepšiť bezpečnosť vozidiel. Oceľ s vysokou pevnosťou môže znížiť hrúbku materiálov, takže v porovnaní s bežnými oceľovými platňami ju možno zväčšiť bez výrazného zvýšenia nákladov, ktoré sú asi 1,5-krát vyššie ako bežné oceľové platne.
Hustota hliníkovej zliatiny 2,68 g/cm³, iba jedna tretina oceľového plechu. Vzhľadom na to, že použitie hliníka vyžaduje zväčšenie hrúbky a prierezu, hmotnosť sa môže znížiť o 30 % až 50 %. V porovnaní s oceľovými platňami sa cena bežných hliníkových panelov zvýši o 2-5-krát.
Kompozitný materiál z uhlíkových vlákien s hustotou 1,5 g/cm³, menej ako 1/5 ocele. Aplikácia kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien na dvere automobilov, kryty motorového priestoru a kryty batožinového priestoru môže znížiť hmotnosť o viac ako 50 % a jeho materiálové náklady sú viac ako 5-krát vyššie ako náklady na oceľové plechy.
4, Ľahká úroveň
Domáci automobilový odľahčený priemysel nevytvoril mierku, priemyselný reťazec nie je dostatočne kompletný a existuje značný rozdiel so zahraničím. Viac ako 60 % medzinárodných bežných modelov áut má karosérie z ocele s vysokou pevnosťou a oceľ s úrovňami pevnosti 780 MPa a 980 MPa je pomerne bežná v komponentoch karosérie. Oceľ s vysokou pevnosťou môže znížiť hmotnosť dielov o 20-30 % bez ohrozenia bezpečnosti a pohodlia.
Niektoré komponenty špičkových modelov áut v zahraničných alebo domácich spoločných podnikoch využívajú ľahké materiály. Konštrukčné plastové komponenty môžu znížiť hmotnosť o 30% až 35% v porovnaní s oceľovými komponentmi, komponenty z hliníkovej zliatiny môžu tiež znížiť hmotnosť o 30% až 50% v porovnaní s oceľovými komponentmi, komponenty z horčíkovej zliatiny môžu znížiť hmotnosť o 40% až 55% v porovnaní s oceľou komponenty a komponenty z uhlíkových vlákien môžu znížiť hmotnosť o 40 % až 60 % v porovnaní s oceľovými komponentmi.
5, Technologická cesta ľahkých vozidiel
Ľahká dráha cudzích karosérií vozidiel je znázornená na nasledujúcom obrázku:
Čerpanie zo zahraničných technológií môže preskúmať cestu vývoja technológie ľahkých karosérií v Číne
1. Krátkodobé
Cieľ: Zvýšiť podiel použitia vysokopevnostnej ocele a ultravysokopevnej ocele, primerane znížiť hrúbku oceľových plátov, široko aplikovať pokročilú technológiu tvárnenia a spájaciu technológiu a dosiahnuť očakávaný cieľ v oblasti nízkej hmotnosti.
Prístup: Na optimalizáciu návrhu konštrukčných parametrov karosérie vozidla sa používa vysokopevná oceľ, ultravysokopevná oceľ, technické plasty a vhodná aplikácia zliatiny horčíka a hliníka a kompozitných materiálov. Hrúbka, tvar prierezu a veľkosť euro oceľových plátov sú tiež široko používané, vrátane laserového zvárania, procesov tvárnenia za tepla a pokročilých spojovacích technológií.
2. Stredný termín
Cieľ: Zvládnuť charakteristiky a technológiu spájania zliatin hliníka a horčíka a kompozitných materiálov, ako aj integrovanú ľahkú viacúčelovú metódu kolaboratívnej optimalizácie konštrukčného výkonu materiálov a splniť medzeru medzi požadovanou a zahraničnou technickou úrovňou.
Cesta: Rozšírte aplikačný podiel a množstvo zliatiny hliníka a horčíka a kompozitných materiálov v karosériách automobilov, optimalizujte dizajn štruktúr komponentov kompozitných materiálov zo zliatiny hliníka a horčíka a vláknami na základe materiálových vlastností a plne využite výkonnostné výhody samotných materiálov.
3. Dlhodobo
Cieľ: Postupne si osvojiť vlastnosti kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien, metódy navrhovania komponentov, efektívne výrobné procesy, metódy kontroly výkonu a technológie spájania a postupne dobiehať úroveň automobilovej odľahčenej technológie vo vyspelých krajinách v automobilovom priemysle.
Prístup: Znalosť dizajnu, výroby a technológie spájania oceľových hliníkových karosérií hybridných vozidiel, postupné zvládnutie konštrukčného návrhu komponentov kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien. Efektívna výroba, riadenie výkonu a spojovacia technológia rozšíria aplikačný podiel kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien v automobiloch.