Úvod do technologie lisování automobilů

Bílá karoserie osobního vozu obsahuje spodní část karoserie, horní rám karoserie, dveře, kapotu motoru, víko zavazadlového prostoru, blatníky a další součásti. Je instalačním základem pro motor, převodovku, převodový systém, brzdový systém, systém odpružení, výfukový systém, elektrický systém a součásti interiéru a svým odpovídajícím konstrukčním řešením splňuje bezpečnostní požadavky svých členů. Účelem lehké karoserie vozidla je snížit hmotnost skeletu karoserie při zajištění strukturální odolnosti proti nárazu, tuhosti, pevnosti a NVH výkonu karoserie vozidla, aniž by se zvýšily výrobní náklady karoserie vozidla, aby se zvýšila konkurenceschopnost na trhu. celý produkt vozidla.
Lehké materiály
Neustále se rozšiřující vysokopevnostní a lehké materiály používané v karoseriích automobilů zahrnují především vysokopevnostní ocel a ultravysokou pevnost, hliníkové slitiny, technické plasty ze slitin hořčíku a vyhovující materiály.
Vysokopevnostní ocel
Vysokopevnostní ocel se používá hlavně v klíčových částech, jako jsou přední protikolizní nosníky, výztuhy sloupků A, B a C, prahové nosníky, dveřní protikolizní nosníky a střešní příčníky, a postupně se rozšiřuje úměrně veřejnosti. Podíl vysokopevnostní oceli používané v některých evropských a amerických karoseriích přesáhl 60 %, např. Audi A3, BMW řady 3, Cadillac ATS, Ford Mondeo atd.; Podíl vysokopevnostní oceli v japonských modelech automobilů také přesahuje 50 %, např. Infiniti Q50, Honda Civic atd.;
hliníková slitina
Hliníková slitina se postupně rozšířila od kapoty motoru k blatníkům, víku kufru a dveřím a některé vozy vyšší třídy dosáhly plné karoserie z hliníkové slitiny;
slitina hořčíku
Slitina hořčíku se vyvinula z rámu volantu a rámu sedadla na součásti podpěry řízení a skříně převodového systému;
Kompozitní materiály vyztužené vlákny
Kompozitní materiály vyztužené vlákny se začaly používat na součásti, jako jsou přední moduly, zadní výklopné dveře a sací potrubí; Kompozitní materiály z uhlíkových vláken se rozšířily ze sportovních vozů a luxusních vozů do aplikací středních až vyšších tříd a elektrických vozidel. Struktura karoserie určitého sedanu se čtyřmi dveřmi a dvěma kryty, jak je znázorněno na obrázku.
Návrh optimalizace konstrukce
Pokud jde o návrh konstrukční optimalizace, je důležitější vytvořit rozumnější návrhový plán konstrukce karoserie v rané fázi vývoje vozidla. V současné době se odlehčená konstrukce vícemateriálových konstrukcí karoserie vozidel vyvíjí směrem k budování parametrizované konstrukční platformy (jak je znázorněno na obrázku), která využívá optimalizaci topologie, optimalizaci velikosti, morfologii, vícecílovou optimalizaci a integrovaný optimalizační návrh konstrukčního materiálu. výkon.
1, Aplikace materiálu
1. Vysokopevnostní ocel se používá hlavně ve vnitřních a vnějších panelech vozidel a také v konstrukčních dílech. Vysokopevnostní ocel zároveň dokáže účinně zlepšit pasivní bezpečnost karoserie vozidla. Použití pokročilé tuhosti v ultralehkých ocelových karoseriích a pokročilých koncepčních vozidlech má slibnou perspektivu ve snížení hmotnosti, úsporách energie, zlepšení bezpečnosti a snížení emisí. Přestože čelí výzvám, jako je odskok během lisování, vysokopevnostní ocel je stále nákladově nejefektivnějším a nejatraktivnějším materiálem ve srovnání s jinými alternativními materiály. 2. Použití hliníkové slitiny začalo v 90. letech 20. století, reprezentované celohliníkovou karoserií s prostorovým rámem Audi. Byl navržen koncept Audi All Aluminium Body Framework (ASF) a odpovídající Audi100, první generace Audi A8, A2 byly uvedeny na trh. Kromě Audi uvedly všechny hliníkové karoserie na trh i další společnosti, jako je Jaguar XJ, New Range Rover, Mercedes Benz třídy S atd., jak je znázorněno na obrázku.
Deformované hliníkové slitiny se rychle vyvíjely při aplikaci konstrukčních dílů na úrovni dílů karoserie, jako je stále populárnější víko zavazadlového prostoru z hliníkové slitiny, kryt motorového prostoru, zadní dveře, nosník nárazníku atd. S vývojem a aplikací nových materiálů, jako jsou zpevněné hliníkové slitiny, prášková metalurgie hliníkové slitiny, superplastické hliníkové slitiny, hliníkové matricové kompozity a pěnový hliník, hliníkové slitiny budou v budoucnu dále rozšiřovány a odlitky, profily Očekává se, že situace kombinace plechu a hliníku se stane druhým největším automobilovým materiálem po oceli v budoucnu.
Celohliníková karoserie Audi A8
3. Hořčíková slitina
V současnosti je slitina hořčíku soustředěna především v rámu volantu na karoserii vozidla. Rám palubní desky, rám sedadla a další komponenty ještě nebyly sériově vyráběny a použity v bílých konstrukčních dílech karoserie. V současné době byl vyzkoušen pouze určitý model Chrysleru, jak je znázorněno na obrázku. Kvůli omezení odolnosti proti korozi a lisování nebyly hořčíkové slitiny dosud široce používány.
4. Kompozitní materiály
Technologie kompozitních materiálů v automobilovém průmyslu byla nejprve aplikována na nárazníky, následovala výroba plátů z pružinové oceli s proměnným průřezem místo ocelových plátů a později byly použity k výrobě čtyř dveří a dvou krytů. K rozsáhlé aplikaci kompozitních materiálů došlo po polovině-1980s. V roce 1990 Ford a Chrysler postupně vyvinuly kompozitní materiály.
Kompozitní materiály mají mnoho výhod, se kterými se kovové materiály nemohou srovnávat: nízká hustota, vysoká měrná pevnost a vysoký měrný modul; Vlastnosti materiálu mají designovatelnost; Návrh struktury produktu má velký stupeň volnosti, což usnadňuje dosažení integrovaného a modulárního designu; Dobrá odolnost proti korozi, trvanlivost, zvuková izolace a snížení hluku; Lze použít více procesů formování, což vede k nízkým nákladům na formy; Povrch třídy A, může se vyhnout stříkání a dalším procesům; Nízké investice a krátký výrobní cyklus. V současné době existuje naléhavá potřeba vývoje lehkých automobilů. Z komplexního hlediska vývoje nákladů a výkonu jsou kompozitní materiály na bázi pryskyřice vyztužené uhlíkovými vlákny preferovanou volbou pro kompozitní materiály používané v konstrukčních částech karoserie vozidel. Může být aplikován na kryty motorového prostoru, blatníky, střechu, zavazadlový prostor, dveřní panely a lehké konstrukční díly podvozku.
S rozvojem technologie automobilových kompozitních materiálů se široce používá ve sportovních vozech a luxusních autech. Ve srovnání s komponenty z hliníkové slitiny mohou kompozitní materiály snížit hmotnost přibližně o 50%. V současné době se uhlíková vlákna v automobilech vyvinula z jednosměrných vláken a obousměrných tkaných materiálů k víceosým prefabrikovaným karoseriím z dutých uhlíkových vláken, které mohou získat různé tvary a struktury automobilových komponentů, jak ukazuje aplikace kompozitních materiálů v elektromobilech BMW I3.
2, Výrobní proces
1. Tvarování za tepla má vysokou přesnost a dobrý tvarovací výkon a je široce používáno při výrobě automobilových nárazníků s vysokou pevností, dveřních nárazových tyčí, výztuže sloupků A, B, C, střešních rámů, středních kanálů a dalších bezpečnostních a konstrukčních prvků . V současné době se tato technologie rychle rozvíjí v zahraničí a používá ji General Motors ve Spojených státech, Ford, Volkswagen v Německu a další k výrobě vysokopevnostních lisovaných dílů. Spodní část karoserie China FAW Hongqi H7 také ve velkém měřítku využívá technologii tváření za tepla, jak je znázorněno na obrázku:
2. Laserové svařování
V roce 1985 Audi úspěšně přijalo první laserem svařovaný plech na světě. V 90. letech začaly velké automobilové společnosti v Evropě, Americe a Japonsku ve velkém používat technologii laserového svařování. V posledních letech se tato technologie široce využívá při navrhování a výrobě nových ocelových karoserií vozidel po celém světě. Jak je znázorněno na obrázku, typické konstrukční díly karoserie FAW H7 v Číně jsou svařovány laserem.
Použití technologie laserového svařování může snížit počet automobilových komponentů, snížit hmotnost vozidla, zlepšit využití surovin, zlepšit konstrukční funkčnost a zvýšit flexibilitu návrhu produktu.
3. Deska diferenciální tloušťky
Deska s rozdílnou tloušťkou se vyrábí po laserovém svařování, aby se vyřešily problémy laserem svařovaných desek. Výrobní proces je znázorněn na obrázku
Desky s rozdílnou tloušťkou mohou nahradit laserem svařované desky pro dosažení lepšího odlehčení. Nenahrazuje však zcela laserové svařovací desky, protože laserovým svařováním lze svařovat nejen plechy různé tloušťky, ale také svařovat desky z různých materiálů a pevností dohromady. Různě tlusté plechy nemohou dosáhnout této funkce.
3, Odhad nákladů
Ve srovnání s jinými lehkými materiály má vysokopevnostní ocel nižší ceny a lepší hospodárnost a její široké použití může zlepšit bezpečnost vozidel. Vysokopevnostní ocel může snížit tloušťku materiálů, takže ve srovnání s běžnými ocelovými deskami ji lze zvětšit bez výrazného zvýšení nákladů, což je asi 1,5krát více než u běžných ocelových plechů.
Hustota slitiny hliníku 2,68 g/cm³, pouze jedna třetina ocelového plechu. Vzhledem k tomu, že použití hliníku vyžaduje zvětšení tloušťky a průřezu, lze hmotnost snížit o 30 % až 50 %. Ve srovnání s ocelovými plechy se cena běžných hliníkových panelů zvýší 2-5krát.
Kompozitní materiál z uhlíkových vláken s hustotou 1,5 g/cm³, méně než 1/5 oceli. Použití kompozitních materiálů z uhlíkových vláken na dveře automobilů, kryty motorového prostoru a kryty zavazadlového prostoru může snížit hmotnost o více než 50 % a náklady na materiál jsou více než 5krát vyšší než u ocelových plechů.
4, Lehká úroveň
Domácí lehký automobilový průmysl nevytvořil měřítko, průmyslový řetězec není dostatečně ucelený a se zahraničím je značný rozdíl. Více než 60 % mezinárodních běžných modelů automobilů má karoserie z vysoce pevné oceli a ocel s úrovní pevnosti 780 MPa a 980 MPa je zcela běžná v komponentech karoserie. Vysokopevnostní ocel může snížit hmotnost dílů o 20-30 % bez kompromisů v oblasti bezpečnosti a pohodlí.
Některé součásti špičkových modelů aut v zahraničních nebo tuzemských společných podnicích používají lehké materiály. Konstrukční plastové součásti mohou snížit hmotnost o 30 až 35 % ve srovnání s ocelovými součástmi, součásti z hliníkové slitiny mohou také snížit hmotnost o 30 až 50 % ve srovnání s ocelovými součástmi, součásti z hořčíkové slitiny mohou snížit hmotnost o 40 až 55 % ve srovnání s ocelí komponenty a kompozitní komponenty z uhlíkových vláken mohou snížit hmotnost o 40 % až 60 % ve srovnání s ocelovými komponenty.
5, Cesta lehké technologie vozidla
Lehká dráha cizích karoserií vozidel je znázorněna na následujícím obrázku:
Čerpání ze zahraničních technologií může prozkoumat cestu vývoje technologie lehkých karoserií v Číně
1. Krátkodobé
Cíl: Zvýšit podíl použití vysokopevnostní oceli a ultravysokopevnostní oceli, přiměřeně snížit tloušťku ocelových plátů, široce aplikovat pokročilou technologii tváření a spojovací technologii a dosáhnout očekávaného cíle v oblasti nízké hmotnosti.
Přístup: K optimalizaci návrhu konstrukčních parametrů karoserie vozidla se používá vysokopevnostní ocel, ultravysokopevnostní ocel, technické plasty a vhodná aplikace hořčíkové hliníkové slitiny a kompozitních materiálů. Tloušťka, tvar průřezu a velikost ocelových plechů Euro jsou také široce používány, včetně laserového svařování, procesů tváření za tepla a pokročilých spojovacích technologií.
2. Pololetní období
Cíl: Osvojit si vlastnosti a technologii spojování slitin hliníku a hořčíku a kompozitních materiálů, stejně jako integrovanou lehkou multi-cílovou metodu kolaborativní optimalizace konstrukčního výkonu konstrukčního materiálu a splnit mezeru mezi požadovanou a zahraniční technickou úrovní.
Cesta: Rozšiřte aplikační podíl a množství slitiny hliníku a hořčíku a kompozitních materiálů v karoseriích automobilů, optimalizujte konstrukci komponent z kompozitních materiálů ze slitiny hliníku a hořčíku a vyztužených vlákny na základě materiálových vlastností a plně využijte výkonnostní výhody samotných materiálů.
3. Dlouhodobě
Cíl: Postupně si osvojit vlastnosti kompozitních materiálů z uhlíkových vláken, metody návrhu komponentů, efektivní výrobní procesy, metody řízení výkonu a spojovací technologie a postupně dohnat úroveň automobilové odlehčené technologie ve vyspělých zemích v automobilovém průmyslu.
Přístup: Znalost konstrukce, výroby a technologie spojování ocelových hliníkových karosérií hybridních vozidel, postupné zvládnutí konstrukčního návrhu komponent z kompozitního materiálu z uhlíkových vláken. Efektivní výroba, řízení výkonu a spojovací technologie rozšíří aplikační podíl kompozitních materiálů z uhlíkových vláken v automobilech.