2017第3期汽车轻量化进展_81页-5mb

汽车轻量化进展总结

核心内容

汽车轻量化是当前汽车制造业的重要发展方向，旨在通过材料、结构和制造工艺的创新，实现整车减重、节能减排和提升性能。本文总结了2017年上海国际车展中各大汽车零部件及材料供应商在轻量化技术上的最新进展，涵盖了轻量化材料、结构设计、制造工艺及行业趋势等多个方面。

主要观点

• 轻量化材料：高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料、工程塑料等材料在汽车制造中得到广泛应用，以实现减重目标。
• 结构设计优化：通过结构优化设计，如多材料混合、变截面设计、轻量化部件集成等，提升车辆性能并实现轻量化。
• 制造工艺革新：如液压成型、模压成型、树脂传递成型（RTM）、模流分析等先进制造技术，提高轻量化产品的生产效率和质量。
• 轻量化趋势：未来轻量化将向多种材料混合、复合材料应用以及智能化制造方向发展，尤其在新能源汽车和物流商用车领域。

关键信息

一、轻量化材料应用

1. 高强度钢

   • 屈服强度介于 $210\sim 550\mathrm{MPa}$，用于车身关键部位如A、B柱，门槛等，提高安全性。
   • 高强度钢可减重 $10%$ 到 $25%$，适用于低速电动车。

2. 铝合金

   • 铝合金材料比钢轻 $40% - 50%$，适用于车身、底盘、车架等部件。
   • 铝合金车身可实现更高的轻量化效果，如奥迪A8L、车和家SEV等车型。

3. 镁合金

   • 镁合金质量轻、比强度高，适用于低速电动车车身，可减重 $75%$。
   • 冲压成型工艺不成熟，成本较高，目前不适合大规模应用。

4. 碳纤维复合材料（CFRP）

   • CFRP车身比钢轻 $50%$，比铝轻 $30%$，适用于高性能车型。
   • 由于成本高，CFRP在低速电动车中应用受限，但仍是高端汽车轻量化的重要方向。

5. 工程塑料

   • 工程塑料可减重 $40%$，适用于车身结构、车门、保险杠等。
   • 与金属材料相比，具有良好的耐腐蚀性、吸能性能和设计自由度。

二、轻量化结构设计

1. 结构优化设计

   • 通过优化车身结构形状和空间布局，减少零部件数量，提高材料利用率。
   • 采用多材料混合结构设计，结合钢、铝、镁、复合材料等，实现轻量化和性能的平衡。

2. 轻量化设计方法

   • 优化设计包括结构尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑优化。
   • 拓扑优化有助于减少材料浪费，提高零部件的力学性能和制造效率。

三、轻量化制造工艺

1. 液压成型

   • 液压成型技术用于制造轻量化金属零件，如副车架、稳定杆等。
   • 该工艺能实现 $25%$ 以上的减重效果，同时提高零件的强度和刚度。

2. 模压成型（SMC、RTM）

   • SMC和RTM工艺用于制造复合材料零件，如车门板、仪表板横梁等。
   • RTM周期时间较短，适用于轻量化部件的高效生产。

3. 激光拼焊与粘接技术

   • 激光拼焊技术用于提高车身结构强度，同时减少零件数量。
   • 粘接技术如BETAMATE、BETAFORCE等，用于连接不同材料，实现轻量化。

4. 模流分析与成型评价

   • 通过模流分析优化注塑工艺，提高产品质量和制造效率。
   • 成型评价服务有助于选择最优的制造工艺，实现轻量化目标。

四、行业动态与技术进展

1. 2017上海国际车展

   • 展会聚焦于轻量化材料与技术，如高强度钢、铝合金、复合材料等。
   • 陶氏、康得复材、延锋彼欧等企业展示了碳纤维、复合材料等轻量化解决方案。

2. 新能源汽车轻量化

   • 新能源汽车对轻量化的需求尤为突出，以提升续航能力和降低能耗。
   • 如康得复材的全碳纤维超跑减重 $50%$，宝马i3采用CFRP车身，减重 $50%$。

3. 物流商用车轻量化

   • 2017年物流商用车轻量化技术研讨会强调了轻量化对提升运力和降低空载率的重要性。
   • 采用铌微合金化技术，实现板簧减重 $40%$ 到 $60%$，提升装载效率。

4. 新材料研发

   • 低VOC胶带、微发泡注塑PP材料、改性材料等新材料在汽车轻量化中得到应用。
   • 莱斯大学与NASA合作开发的“fuzzy纤维”可显著减轻涡轮引擎质量。

五、轻量化技术趋势

• 多种材料混合车身：如钢+铝+复合材料，是未来轻量化的重要趋势。
• 碳纤维复合材料：虽然成本高，但其在高端车型中具有明显优势。
• 智能化与环保化：轻量化与智能化、环保技术结合，推动汽车制造向更高效、更绿色方向发展。
• 制造工艺革新：如高压树脂传递成型（HP-RTM）技术，大幅缩短生产周期，提高轻量化效率。

企业动态

• 宝钢股份：展示超轻型白车身、先进轻量化工艺，如液压成型副车架、变厚度板等。
• 丰田合成：通过树脂化金属部件，实现 $40% - 50%$ 的减重效果。
• 慕贝尔：提供变截面空心稳定杆、不等厚柔性轧制工艺，实现 $20%$ 到 $60%$ 的减重。
• 延锋彼欧：展示轻量化混合材料骨架、复合材料门板等产品。
• 康得复材：集中展示碳纤维结构件、车门板、顶盖、轮毂等产品，推动新能源汽车轻量化。
• 奥杰股份：展示全铝车身和全铝电池框，实现 $32%$ 的减重。
• 本特勒：推出铝合金电动汽车底盘系统，实现有效减重。
• 诺贝丽斯：以创新铝解决方案助力汽车轻量化。

增值服务与资源

• 汽车轻量化在线：提供轻量化理念传播、技术交流、在线报名等服务。
• 《汽车材料与制造工艺年鉴》：记录行业动态、技术发展、企业信息，为产业提供参考。
• 增值服务：包括材料选材、结构设计、模流分析、成型评价、模具设计等，帮助客户实现轻量化目标。

结论

汽车轻量化是提升汽车性能、降低能耗、满足环保要求的重要手段。随着新材料、新工艺和新设计的不断涌现，轻量化技术正在向更高效、更环保、更智能的方向发展。未来，多种材料混合应用、复合材料、智能制造等将成为汽车轻量化发展的主要趋势。