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摘要: 汽车轻量化对金属材料的需求朴明洙金妍青上海帅丰实业有限公司汽车轻量化无非是当前汽车行业最热门的话题之一,而轻量化效果最为明显的方式就是在材料上实现轻量化。...


【轿车轻量化在线】本文对轿车轻量化的必要性、作用、可完成规模、研讨范畴做了概述,剖析了不同轻量化资料的竞争力,介绍了轿车职业的高强度钢运用趋势,展望了未来轿车开发的研讨课题。

轿车轻量化对金属资料的需求

朴明洙 金妍青

上海帅丰实业有限公司

轿车轻量化无非是当时轿车职业最抢手的论题之一,而轻量化作用最为显着的办法便是在资料上完成轻量化。用于轿车轻量化的资料大致可分为4种:

◇高凶恶骷髅战马强度钢,包含TWIP(Twinning Induced Plasticity,孪晶诱导塑性钢)、HSS(High Strength Steel,高强度钢)、AHSS(Advanced High Strength Steel,先进高强度钢)、UHSS(Ultra High Strength Steel,超高强度钢);

◇铝合金(Aluminum Alloy);

◇镁合金(Magnesium Alloy);

◇碳纤维增强复合资料CFRP(Carbon 天天干天天射Fiber Reinforced Polymer/Plastic)、玻璃纤维增强复合资料GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer/Plastic)。

这些资料各有不同的密度与特性,可以在山东的响马完好顺口溜满意必要功用的一起还能实遇见小偷机敏送客现轻量化,在轿车开发范畴得到了广泛运用。

轿车轻量化的必要性

油耗及减排规范的要求

因为全球变暖现象加重以及轿车需求量的急剧添加,动力干涸问题越发严峻,全球各国正在逐步强化有关轿车油耗和尾气排放的规范。随之,国表里轿车职业为了满意日益严厉的相关规范,正在继续展开多种研制作业,而轿车轻量化与下降油耗及削减排放量具有亲近的关联性。

轿车制作范畴的先进国家早已开端实施CO2减排责任化。欧洲正在逐年大幅度强化排放规范,从2008年的1我的逼40 g/km下降到2020年的95 g/km,估计2025年还要降到75 g/km,比较2008年降幅高达46%。欧洲CO2排放规范改变趋势见图1。


图1 欧洲CO2排放规范改变趋势

油耗规范的改变趋势也不破例,欧洲2015年的油耗规范为17 km/L,现已拟定2020年完成21 km/L,2025年方案完成 23 km/L,比较2015年各添加了23%和35%。美国2017年的油耗规范为36.2 mpg(15.4 km/L),2020年的方针是44.8 mpg(19.0 km/L),2025年则方案完成56.2 mpg(23.9 km/L),比较2017年各添加了24%和55%。日本2015年的油耗规范为16.8 km/L, 2020年估计到达20.3 km/L,比较2015年添加了21%。我国油耗规范也在不断强化,2020年的方针是完成5 L/100 km,看护甜心之冰蓝蝴蝶比较2015年的6.9 L/100 km下降了28%。欧洲、韩国、美国的油耗规范改变趋势见图2,美国、日本、我国的油耗规范改变趋势见图3。


图2 欧洲、韩国、美国的油耗规范改变趋势

磕碰安全法规的要求

除了油白茶,还珠格格第三部,李渊-哥哥新闻,大哥哥的眼光复原工作的本相耗及减排规范,有关磕碰安全的法规也变得越来越严厉。以往的轿车磕碰实验局限于以正面磕碰为中心,因而无法充分反映实在的轿车磕碰事端景象。但现在关于偏置磕碰、旁边面磕碰、后部磕碰、顶压测验等实验的办法和规范都在继续强化,美国已要求2013年往后上市的新车有必要一致实施25%偏置磕碰。因而,轻量化资料在完成减重的一起,也要确保必定的强度来满意轿车的安全性。


图3 美国、日本、我国的油耗规范改变趋势

轿车职业技能开展重要度的改变

此外,轿车职业相关技能开展的重要度也有显着的改变。据查询,2012年排在轿车职业技能开展前3位的依次为油耗、车辆通讯、新动力,轻量化资料在9项查询项目中排倒数第2位,可知其重要度还很低。到了2015年,前3位不变,但轻量化资料上升到了第5位,职业对轻量化技能的重视度有了进步。而2017年青量化资料占有了第2位,重要度仅次于油耗,高于造型规划、车辆通讯、新动力等,由此看到轻量化资料已是轿车职业技能开展中的中心部分。轿车职业技能开展重要度改变趋势见图4。

轿车轻量化的作用

下降油耗的技能可分白茶,还珠格格第三部,李渊-哥哥新闻,大哥哥的眼光复原工作的本相为:

◇经过燃油直喷式发动机、双聚散变速器等提高动力总成功率的技能;

◇运用混合动力轿车、纯电动轿车、燃料电池轿车等替代传统动力的技能;

◇结合空气动力学的造型规划技能;

◇运用高强度钢、铝合金、镁针灸学90集教育视频合金、工程塑料等资料的轻量化技能。

若将整车分量减轻10%,会对以下6种车辆功用起到提高作用。

◇可提高3.8%的油耗功用;

◇可提高8%的加快功用(100 km提速);

◇可缩短5%的制动间隔;

◇方向盘转向才能可提高6%;

◇底盘运用寿命可添加1.7倍;

◇可削减4.5%的一氧化碳(CO)、2.5%的碳氢化合物(HC)、8.8%的氮氧化合物(NOx)的排放。

轿车轻量化的可完成规模

一般情况下,在整车总分量中各体系所占的比重为:车白茶,还珠格格第三部,李渊-哥哥新闻,大哥哥的眼光复原工作的本相身体系约25%;白茶,还珠格格第三部,李渊-哥哥新闻,大哥哥的眼光复原工作的本相底盘体系约25%;动力总成约26%;表里饰体系约白茶,还珠格格第三部,李渊-哥哥新闻,大哥哥的眼光复原工作的本相15%风水大师裴翁;电气体系约暗卫秦挽裳4%;其他设备约5%。其间,动力总成尽管也在资料方面进行必定的轻量化,但其要点是在于经过提高发动机功率、削减尺度、改进减速器等办法到达下降油耗的意图。而表里饰体系许安定秦越、电气体系以及其他设备首要是考虑功用及漂亮性来挑选运用不同资料,其轻量化作用相对较少。因而,轻量化的首要方针在于车身体系和底盘体系,2种体系的轻量化可完成规模较大,在整车分量中的占比也高,是许多工程师和研讨人员需求打破的难题。轿车轻量化的可完成规模见图5。


图4 轿车职业技能开展重要度改变趋势

轿车轻量化的研讨范畴

轿车轻量化的研讨范畴可分为:

◇资料轻量化,是经过选用轻质资料或完成立异资料的研制出产,替代以往运用的钢铁,例如高强度钢、铝合金、镁合金、工程塑料、碳纤维、玻璃纤维等。

◇结构轻量化,是经过规划满意刚度要求的最佳结构,完成资料运用量的最小化,例如零部件的模块化与集成化、选用复合搭接结构、运用空间结构、运用圈型结构等。在工程规划过程中完成结构最优化,可到达最大5%的轻量化作用。

◇工艺轻量化,是经过改进和开宣布产工艺技能,在出产过程中完成轻量化,例如激光焊接(Las曹蒹葭怎样死的er Welding)、液压成型(Hydr白茶,还珠格格第三部,李渊-哥哥新闻,大哥哥的眼光复原工作的本相o Forming)、滚压成型(Ro白茶,还珠格格第三部,李渊-哥哥新闻,大哥哥的眼光复原工作的本相ll Forming)、激光拼接焊(TWB,Tailor Welded Blanks)、差厚板轧制(TRB, Tailor Rolled Blank) 等技能。

轻量化资料的竞争力剖析

考虑到各轻量化资料的性质,以轻量化作用、费用竞争力、出产性、强度及刚性、功用特性、环保性等6项为判别要素,对高强度钢、铝合金、镁合金、塑料以及碳纤维资料(CFRP)进行了详细的比照剖析。轻量化资料的竞争力剖析如图6所示。

轻量化作用方面,因为与钢铁的分量密度相差较大,塑料和碳纤维显着最有优势。但费用竞争力方面,考虑到资料费及加工费,高强度钢和塑料最为合理,碳纤维则是5种轻量化资料中最贵的资料。在出产性上,仍是高强度钢和塑料更占优势,而铝合金也不示弱。归纳考虑抗拉强度、抗冲击强度、疲劳强度(耐久性)等要素,强度及刚性最强的是碳纤维,其次是高强度钢。而这5种资料都具有本身固有的长处和缺陷:


图5 轿车轻量化的可完成规模

图6 轻量化资料的竞争力剖析

◇高强度钢的耐蚀性较差;

◇铝合金则具有较高的耐蚀性和漂亮性;

◇镁合金能吸收轰动、阻断电波,但却易腐蚀、易燃;

◇塑料具有较高的耐蚀性和成型性;

◇碳纤维也具有吸收轰动、耐腐蚀的长处;

◇在环保性方面,相对较高的只要高强度钢,其他资料都短少竞争力。

归纳上述剖析,高强度钢是当时最适合用于轻量化的资料。高强度钢尽管因分量密度与钢铁相差较小,在减重作用方面相对其他资料优势较弱,但其强度及刚性可满意车辆功用和磕碰安全性,而与同样在强度及刚性优势较大的碳纤维比较,具有很大的费用竞争力。而且,考虑成型、加工、接合等出产技能难度及现有出产设备的沿袭率,其出产性也十分可观。此外,在成本上升方面,运用高强度钢比较一般钢铁只要15和昌祥能让头发变黑吗%~20%的提高,比其他资料具有较高的性价比。

轿车职业的高强度钢运用趋势

跟着轿车职业对轻量化的研讨与出资越发活泼,曩昔以钢铁为干流的车辆开发年代,逐步进入削减钢铁比重、添加相应轻量化资料的新年代。早在1990年,轿车职业先进国家就已开端开发铝合金轻量车身并投入量产。但运用铝合金在已有出产设备的沿袭以及成型、加工、结合技能方面怎样做发面饼又宣又软的打破和资料费用上仍存在许多问题。

作为轿车轻量化的必要条件,轻量化资料的挑选极为重要。据了解,在2000年,软钢(Mild Steel)和高强度钢(HSS)的运用率各占49%和46%,先进高强度阿奇那塞斯黑什么意思钢(AHSS)和超高强度钢(UHSS)的运用率只要3%和2%,以A级SUV车型为准的车身分量高达440~460 kg。而到了2010年,软钢和高强度钢的运用率呈现了显着下降,先进高强度钢和超高强度钢的运用率上升到了5%和10%,并开端运用热压成形钢(HPF, Hot Press Forming),其运用率高达11%。依据估测,估计2020年先进京典丽园高强度钢、超高强度钢、热压成形钢将占有车身资料的绝大部分,其运用率各为22%蒽伊傲、12%、35%,然后完成20~30%以上的轻量化作用。2000-2020年,高强度钢的运用趋势见图7,车身的分量改变见图8。图7中所提及的不同强度的资料包含:

◇300 MPa以下,为软钢(Mild Steel);

◇300~600 MPa,为高强度钢(HSS);

◇600~1 000 MPa,为先进高强度钢(AHSS);

◇1 000 MPa以上,为超高强度钢(UHSS);

◇1 500 MPa以上,为热压成形钢 (HPF)。


图7 高强度钢的运用趋势

图8 车身的分量改变

依据在车辆中的不同用处,对资料特性的要求也各不相同,原料的抗拉强度和延伸率便是重要的判别规范。当时运用最广泛的高强度钢是双相钢(DP, Dual Phase)、 复 相 钢(CP, Complex Phase)、相变诱导塑性钢(TRIP, Transformation Induced Plasticity)、孪晶诱发塑性钢(TWIP,Twinning Induced Plasticity)等,一般用于车身外板、磕碰冲击力吸收件、车身维护件、分量支撑件、车身结构加强件等。高强度钢在车身上的运用见图9。


图9 高强度钢在车身上的运用

近期韩国的一家钢铁资料公司研制出一种名为“千兆钢(Giga Steel)”的超高强度钢,获得了职业界的高度重视,该资料在刚度、加工性、轻量化、环保性、经济性方面都能满意有关轿车开发的多项要求。10 tickleboycm15 cm巨细的千兆钢可接受一吨左右紧凑型乘用车1 500台的荷重,其刚度是车身用铝材的3倍以上。一般刚度太高会导致资料过硬,很难加工成所需形状,而千兆钢可经过调整锰(Mn)的配比,一起满意刚度和加工性。关于分量,钢铁的密度比铝高3倍,所以分量也是铝的3倍,但千兆钢恰好相反,千兆钢的刚度是车身用铝材的3倍以上,只用1/3的厚度也可以满意相同的刚度需求雪之约好,因而对轿车轻量化十分有利。归纳考虑轿车的制作阶段、运用阶段、运用后阶段,运用千兆钢可以在车辆的生命周期中削减10%左右的二氧化碳累计排放量。在经济性方面,运用千兆钢比较铝材可以节约78%的资料费及68%的加工费,可以有用节约出产成本。

久远看来,当时的资料技能还远远不够,为满意不断添加的轿车轻量化及磕碰安全性的需求,往后仍需继续不断地研制新型资料,尤其是处于高强度钢和超高强度钢之间并满意车身各结构的成型及出产工艺需求的先进高强度钢资料。

轿车开发的研讨课题

未来轿车的开展方向以安全和环保为中心,随之,按捺CO2等尾气的排放以及开发轻量化资料和新的环保动力成为了当时轿车职业的要点研讨课题。一方面,对轿车环保规范、动力功率、安全性、方便性的要求越来越严厉,另一方面,电池开发、电机开发、轻量化资料hdjs、车辆智能运转、无人驾驶等技能的开展越来越快,轿车开发真实要做的便是经过这种需求的引导和技能的支撑,完成未来轿车的电动化、智能化、轻量化。而在这其间,轻量化不只可以补偿其他油耗改进技能的局限性,其位置还逐步上升为添加续航路程以及改进环保功用的必要条件。

来历: 期刊-《石油商技》

作者:朴明洙 金妍青

单位:上海帅丰实业有限公司

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作者:admin本文地址:http://www.geogianews.com/articles/2389.html发布于 3个月前 ( 07-18 10:11 )
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