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这项技术,让汽车轻量化触手可及

2017/10/13 13:16   |    阅读量:2322   |    来自: MTE

【导语】 “电动化”、“智能化”、“轻量化”三个关键词已经成为全球汽车制造的潮流趋势。随着日益严峻的能源危机以及消费者对汽车油耗的要求,汽车制造领域的“减肥风”早已势不可挡,越来越多的整车、零部件厂都开始重视汽车轻量化。

“电动化”、“智能化”、“轻量化”三个关键词已经成为全球汽车制造的潮流趋势。随着日益严峻的能源危机以及消费者对汽车油耗的要求,汽车制造领域的“减肥风”早已势不可挡,越来越多的整车、零部件厂都开始重视汽车轻量化。



试验证明:汽车装备质量越重,对应的油耗量也随之增加。若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%-8%;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%;汽车整备质量每减少100千克,百公里油耗可降低0.3-0.6升。

因此,汽车“减肥”已经成为国内外汽车制造商追求的一个新目标。

何谓“汽车减肥”?

所谓的汽车轻量化设计,其实就是给汽车“减肥”,亦可简单理解为车辆在综合性能达标的情况下,尽可能地使车辆的整备质量更轻,从而达到降低油耗和排气污染物的目的,并且还使车辆在加速和快速过弯时更加得心应手。

(PS:赛车的轻量化设计也是这个原理。)

在过去,轻量化是赛车和高性能跑车的专利,主要原因在于轻量化材料的造价向来十分高昂,使用这些材料会让一般市售车的价格变得过高,不利于销售。

但随着制造工艺日益先进,这些高性能材料的价格变得较过去来得廉价,让车厂能把过去专属于高性能车款的材料,运用到一般车辆上。

汽车轻量化的目的是在保证汽车强度、刚性以及安全性不降低的前提下,通过优化结构(优化车身结构、减轻车身质量)、使用轻质材料(选用镁铝合金、高强度钢板、非金属材料等轻量化材料)和采用新型铆接工艺(满足轻量化材料之间高强度且安全可靠地连接工艺、连接方法以及设备)减轻汽车的整车装配质量,从而提高汽车的功力性能,减少燃料损耗,降低污染排放,实现良好的经济效益以及社会保障效益。

“减肥”不是说说而已

轻量化,简单点讲就是减轻汽车整车质量,但并不等同与偷工减料,而是在保证汽车品质的基础上,通过更换材料、优化结构等方式来实现。

通常情况下,车身轻量化的手段主要是这样的,首先通过合理地设计车身结构,在车辆受到碰撞时的主要受力部件进行加强(如底盘的纵梁、A柱),而非主要受力部件就进行一定程度地弱化(如翼子板),从而保证车辆的安全性能。


在安全性能得到保证的前提下,车辆就加入质量更轻的新材料(诸如高强度钢、铝合金、碳纤维等)来替代性能更差的普通钢材,有效地保证了车辆在碰撞时的抗冲击和溃缩吸能的能力,并且还让车辆重量更轻,达到省油的目的。 

由此可知,经过轻量化设计的汽车并不是所谓的随便换上一块更薄的钢板,或者通过减配来减重,并且还使车辆的被动安全性能得到一定程度的提升。

在实现汽车轻量化的过程中,质量更轻的新材料加工、焊接技术都需要相应的工艺革新才能实现。在这样的大环境下,激光切割和激光焊接就成为了实现汽车“减重”的重要技术手段。

激光:我来助它一臂之力

近年来,激光技术在汽车工业中的应用日益普遍,据有关资料统计,欧美发达工业国家,有50%-70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。目前,汽车制造行业中运用的激光技术主要有以下几种:激光焊接、激光切割、激光打标以及激光再制造等应用。



激光在汽车制造中最重要的优点体现在其先进的非接触式的加工方式,在汽车白车身、汽车电子、钢材加工等领域对于加工技术的革新起到了重要作用。在铝合金、镁合金、钛合金等新材料的应用上,相较于以往的切割方式,激光切割效率更快、精度更高,并且对这些难加工材料来说,激光切割更加容易实现,激光技术的进步也让这些新材料的应用从理想变为了现实,从而让新材料得以在汽车轻量化中得以实现。

结构化和模块化是将传统汽车制造中分散的零部件进行整合,从整体性上实现汽车原有功能,从而降低重量,实现轻量化。而结构化和模块化的实现,在很大程度上依赖于连接技术的进步。传统的生产方式,有的是靠螺丝紧固,有的是靠胶粘连接,传统方法并不能满足现代汽车制造中对精密性和坚固性的要求,并且新材料的应用,也让传统方法略显劣势。而激光焊接是无接触性的,在加工过程中,可以不触碰产品就能实现精密焊接,在连接的坚固性、无缝性、精密性和清洁性上实现了工艺的跨越式进步,将成为未来重要的成型方式。

相比于传统的钢材,目前可用的汽车轻质化材料有铝合金、碳纤维、镁合金、钛合金、塑料等,其中以铝合金和碳纤维最受汽车厂商青睐,如奥迪、雷诺、宝马、布加迪的一些高档车中都有采用。

其中,铝合金是目前汽车中使用最多的一种轻质材料。它质量轻、耐蚀性好、易于加工,将越来越多地代替钢材,铝合金的使用将遍布车架、车门、气缸体、汽缸盖、引擎盖等越来越多的部分。

激光加工铝合金的最大挑战性在于铝合金对光的反射性和其热传导性。鉴于此,可以先对铝合金表面进行处理,尽量使用高功率密度在极短的时间内完成,减少反射和热传导问题。

在铝合金焊接方面,通常选用连续激光模式焊接,大族激光有专门针对铝合金焊接的连续激光解决方案。此外,通快公司的Tru Disk激光器联合其IPFO 智能振镜与焊缝追踪器,实现了铝合金的搭接、角接、填丝焊接等多种形式的焊接。

应用激光拼焊技术将不同厚度,不同钢种的钢板通过快速激光拼接成板坯,然后冲压加工成汽车部件,最大限度减少废重,此外,在高强度钢、铝合金、碳纤维等新材料的应用上,激光切割效率更快、精度更高,这是使车身轻量化的重要有效方法。

在未来,激光技术作为一个重要的加工步骤,将大力推动汽车轻量化制程,成为汽车轻量化路上的得力助手。


SIMM—将为您呈现走在最前端的激光加工技术

在未来要想实现对激光技术的更好运用,必须要系统地进行激光与材料相互作用机理、激光加工过程无损检测和控制等基础理论研究,建立激光加工工艺方法和工艺参数的优化数据库;研究不同材料的激光切割方式,开展激光切割、焊接、精细烧蚀、直接快速成型、激光涂敷、激光辅助切削加工等理论的研究,开发激光三维切割工艺技术,建立工艺参数数据库及专家系统;研究激光深熔焊接理论,开发激光三维焊接技术与装备;研究不同板厚、不同汽车材料,尤其是轻量化材料的激光加工拼焊技术与装备。

2018深圳机械展特设金属成型展区,汇聚大族激光、天田、通快、兴锻等众多企业,以全球领先技术呈现金属板材加工领域全方位的系统解决方案。


随着汽车向着智能化、高端化、多元化的方向发展,“减肥”已经大势所趋,而激光加工,将成为汽车走上“减肥”之路的得力助手。

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展会预告

2018年第19届深圳机械展(SIMM)暨2018深圳国际机床展览会(MTE)以国际化的视角呈现激光加工领域的整体解决方案,为汽车轻量化提供领先的技术解决方案。



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