《行业专家畅谈汽车轻量化发展访汽车轻量化技术创新战略联盟专家讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《行业专家畅谈汽车轻量化发展访汽车轻量化技术创新战略联盟专家讲解（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、行业专家畅谈汽车轻量化发展 访汽车轻量化技术创新战略联盟专家2012中国汽车轻量化技术研讨会于2012年9月 1011日在北京召开。汽车工艺与材料杂志社 作为本届研讨会的协办单位之一,特约汽车轻量化联 盟专家委主任陈一龙先生、中国第一汽车股份有限公 司原副总工程师柏建仁先生、中国汽车工程研究院有 限公司副总工程师马鸣图先生、哈尔滨工业大学材料 学院苑世剑院长、刘刚教授和吉林大学汽车学院王登 峰教授就我国汽车轻量化材料、工艺及相关技术问题 进行了访谈。AT&M记者:谈谈您对电动汽车轻量化问题的 看法。陈一龙:电动汽车作为未来汽车的发展方向,受 到各国政府的高度重视,我国政府亦将其纳入战略新 兴产
2、业,发布了鼓励电动汽车产销的政策,并作出产 业化的规划,这无疑是汽车工业发展的大好机遇。然 而,产业化的电动汽车与轻量化的关系问题却一直没 有受到各方面的足够重视,值得认真探讨。2011年第4期中国汽车参考刊登了 “德国 国家电动汽车平台报告” ,介绍了德国国家电动汽 车平台灯塔项目的内容。显然,德国把电动汽车的轻 量化列为实现产业化的关键技术之一。2011年的奥 迪A3e-tron纯电动汽车自重1 592 kg,只比125 kW的奥迪A3sportback2.0 TDI quattrro 略重,在达到这 种轻量化水平下,仍在轻量化上投入大量资金作为单 列重大项目进行研究与开发,值得深思。据“
3、报告” 所说,轻型车身立项原因很简单,就是要平衡电池引 起的质量增加。其作用定位是,使德国电动汽车和 国际竞争对手在技术上平起平坐,更可能使德国在电 动汽车技术上获得领先优势。这句“和国际竞争对手 在技术上平起平坐”是我们必须考虑的。解析一下就 是,没有一定轻量化水平的电动汽车是没有市场竞争 力的,是不可能实现产业化的,只能做示范用。 在这种认识下,我们看一看国内电动汽车的质量 控制情况。目前国内自主品牌电动汽车的质量变化, 与同类对标燃油汽车相比,增重均在30%以上;而 合资品牌的增重在6%16%,不要与国外“略微增 重”(5%相比,已是大大落后了。如果再考虑碰 撞安全性,国外电动汽车均达到
4、欧洲NCAP五星碰撞 标准,自主品牌电动汽车能得几个星呢?由此看出,电动汽车的轻量化问题必须敲起警钟 了。其实张小虞先生2010年就讲过,轻量化问题已 经成了横亘在电动汽车发展过程中的鸿沟和大课题。 其含义有三:一是受电池水平影响,电动汽车更需要 轻量化;二是没有相当轻量化水平的电动汽车由于缺 乏竞争力,不可能实现产业化;三是电池、电机、电 控系统的成本居高难下,国家已拿出巨额资金补贴电 动汽车的销售,电动汽车轻量化面临成本控制的巨大 压力。无论如何,电动汽车应当是具有相当轻量化水 本刊记者 纪维萍 平的汽车,而不是单纯靠电池驱动的汽车,它们应当 有轻量化的定位,达不到定位的电动汽车应当暂停开
5、 发和补贴,否则是对资源的浪费(不可能实现产业 化。人们应当知道,汽车轻量化技术是共性基础应 用技术,是各种汽车不可绕开的技术。总之,电动汽车列为国家战略新兴产业是汽车工 业发展的重大机遇,但实现电动汽车的轻量化又面临 巨大的挑战。因此,电动汽车轻量化技术路线问题理 应受到行业和政府有关部门的高度重视。AT&M记者:请您预测一下未来汽车车身的主体 材料。柏建仁:为了说明这一问题,先看一下目前应用 现状及各种材料的优势与劣势。车身轻量化途径包括 车身设计、材料技术与制造技术三个方面。从材料技 术而言,车身应用的材料有钢铁、铝合金、镁合金及 树脂基复合材料。依据车身应用的材料构成,将车身 分类为钢
6、车身、以钢为主多种材料混合车身、铝车身 及复合材料车身。选择材料与相关的制造技术取决于 车的技术目标及成本结构。目前,市场上有多种车身 概念。钢车身:通过应用更多的高强度钢及先进制造 技术减重,与软钢相比高强度钢一般减重10% 25% 。应用高强度钢及先进制造技术,可提高燃油 经济性,提高被动安全性。与其他材料相比,钢的 价格也较低。典型例子为大众汽车的Passat CC , 高强度钢应用比例为 81%,其中超高强度钢应用比 例为29% 。多种材料混合车身:车身材料以钢为主,其次是 铝合金、复合材料及镁合金。多种材料混合车身充分 挖掘了各种材料的潜力,如铝保险杠梁改善了低速碰 撞性能,铝发动机
7、罩改善了行人保护性能。典型例子 是大众汽车Bentley Continental GTC ,发动机罩及 门防撞梁用铝合金,行李箱盖外板用热固性复合材料 SMC,行李箱盖内板用镁合金。铝车身:铝密度小,铝零件与钢件相比减重可 达50%以上。如果对零件简单地以铝代钢,减重可达 40%50% ,比以变强度钢代替普通软钢减重更多。 但由于铝材价格高,铝车身一般用于高级轿车,目前 新能源汽车应用铝车身也是一种趋势。铝车身包含全 铝车身及以铝为主的车身。典型例子是Audi R8用铝 100%,Audi TT用铝69% 。在用铝很多的车身中,也 发挥其他材料改善车身性能的优势。如Audi A8用铝比 例 9
8、2% ,部分采用了钢板,如侧面碰撞的关键零件 B柱使用钢板。复合材料车身:以复合材料为主的车身。复合材 料也是轻质材料,减重效果明显。典型例子是丰田汽 车Lexus LFA车型,应用纤维增强复合材料41.3%、 SMC13.7%、铝40.4%。在欧洲车身会议文献中,自2006年至2011年发 布了72个车身,其中有32个钢车身、30个以钢为主 多种材料混合车身、8个铝车身及2个复合材料车身。 从上述可见,在相当长的时间里,钢作为车身主 体材料的地位会继续保持;多种材料混合车身是发展 趋势,钢的用量会逐渐减少;高价格车、新能源车车 身应用铝、复合材料等材料也是发展趋势。AT&M记者:谈谈您对高强
9、度钢应用现状的看法。 柏建仁:从上世纪70年代石油危机开始应用高 强度钢,初始目的是提高燃油经济性。伴随着汽车工 业发展,环保及安全日益重要,高强度钢应用也越 来越多。以日本轿车车身高强度钢板应用比例进展说 明:1980年为8.7%、1992年为23.3%、2000年左右 为40%、2002年达到50%。高强度钢应用进展主要 表现在以下几个方面:车身设计理念变化、应用比例 增加、钢的强度提高、零件制造技术发展。最近几年 国外开发的新车,乘用车车身高强度钢应用比例平均 约为60%,多的达到80%以上。第一代先进高强度 钢应用比例增加,应用比例高的大约为20%。热成形 钢抗拉强度达到1 500 M
10、Pa、1 800 MPa 。2007年,成立轻量化技术创新战略联盟的时 候,对自主品牌车作过调查,高强度钢应用比例平 均为25%,AHSS、UHSS应用少。这几年变化很 大,新开发车高强度钢应用比例超过45%,高的达到 60%,AHSS、UHSS 应用比例增加。建议把轻量化纳入设计规范,同时注重安全性, 应用先进的制造技术。AT&M记者:请您谈谈辊压成形技术的应用现状 与发展。柏建仁:辊压成形技术是一个很老的技术,说它 老,应用了很多年,但一直是等截面辊压。它又是一 个很新的技术,说它新,最近几年开发了变截面三维 辊压技术。其技术优势:生产成本低、生产效率高、 材料利用率高、模具磨损低;即使材
11、料为高强度钢, 成形后零件回弹较小;能成形复杂的截面形状,比普 通弯曲成形有更小的圆角半径;柔性,适合同系列车 型开发(零件只是长度、厚度变化;材料抗拉强度 超过1 200 MPa时,冷成形无能为力。制造的主要零 件有门窗框、保险杠梁、门槛、门防撞梁、顶盖横梁 等。欧洲汽车公司辊压零件与车身质量比约为5%, 预计将来可达到20% 。最近几年开发了变截面三维 辊压技术。变截面零件合理设计型材的几何断面,提 高承载能力,减轻零件质量。瑞典ORTIC公司、德国 DATA M公司开发了第三代3D柔性辊压成形设备。一 汽与北方工大合作,正在研制3D柔性辊压生产线。 应用的钢种主要为高屈服强度双相钢及马氏
12、体钢。瑞 典SSAB公司开发了辊压成形用钢。AT&M记者:材料轻量化与结构轻量化都属于汽 车轻量化技术,如何看待二者的辩证关系?马鸣图:对二者之间的关系,我想还是从轻量化 的途径谈起。汽车轻量化首先从轻量化的概念开始, 然后通过优化设计取得轻量化的效果,再通过合理选 取高强度轻量化的材料取得轻量化的效果。要合理应 用高强度轻量化的材料,就必需应用先进的成形工 艺,从而取得轻量化的效果。因此,汽车轻量化是多 种专业优势的集成,多种材料优势的集成,多种先进 的加工成形工艺优势的集成。正如问题中所说,材料 轻量化和结构轻量化确实都是属于汽车轻量化技术, 二者是紧密相关的,为进行优化的结构轻量化设计,
13、 就必需深刻理解高强度轻量化材料的性能和应用后的 轻量化效果,也就是在轻量化结构设计中,需要有轻 量化材料的数据库进行支撑,这样才能满足轻量化材 料应用时得到预期的轻量化效果。轻量化的结构是一 个零部件的概念,对某些汽车零部件仅依据某些轻量 化材料的性能尚不能完全准确地预测轻量化优化后的 零部件的功能。这里应该强调的一个概念是材料的性 能和零部件的功能既有关联又有不同。从材料到零部 件要经过一系列的加工,这些加工过程中有的可能提 升性能,有的可能降低性能,所以一定要具体分析。 例如,采用双相钢DP600做冲压件,这类双相钢屈服 强度比较低,但加工硬化速率很高,应变硬化+烘烤 硬化可使初始屈服强
14、度增加120160 MPa,如以初 始屈服强度来预测零部件的功能,就不能确切表征成 形后零件的真实功能。所以,在用材料性能预测零部 件功能时,一定要了解材料本身的加工特性和加工后 材料性能的变化。AT&M记者:国内汽车未大量推广应用轧制铝合 金是什么原因?谈谈您的看法。马鸣图:在变形铝合金中,有挤压铝合金、轧 制铝合金板材。轧制铝合金板材主要用于汽车的冲压 件。用铝合金板材做汽车冲压件,首先是可以减重, 如用铝合金板材代替钢板,可使发动机罩盖总成减重 40%50%;铝合金导热性好,有利于发动机舱的 散热。另外,用铝合金板材制作的发动机罩盖,还有 利于改善碰撞后对行人的伤害,有利于碰撞对行人法
15、规的实施,但是铝合金板材做汽车冲压件,需要解决 抗时效稳定性、烘烤硬化性、成形性、翻边延性、油 漆的兼容性、抗凹性等相互矛盾性能的合理匹配。 AT&M记者:请您谈谈硼钢材料热冲压成形技术 在中国未来汽车业中的应用前景,在乘用车不同级别 车型中的应用零件种类。马鸣图:热冲压成形技术最早于1970年在瑞典 首先开发成功。其技术的主要目标是把零件做得更 强、更轻。人们对汽车轻量化一直关注的问题是轻量 化能不能保证汽车的安全性。汽车轻量化是多种技术 优势的集成,其中热冲压成形技术就是使汽车零件更 强从而保证汽车的安全性,而又能够同时实现轻量化 的技术。这种技术是将零件加热到900 以上,进行 奥氏体化
16、,然后迅速移到冲压机的模子上进行冲压, 使零件在热状态下进行成形。不仅大大降低了成形 力,而且使复杂的零件能够一次成形。高温改善了板 材的成形性,在冲压成形的同时,在模子中以大于钢 材淬火时冷却速度的冷速进行冷却,从而使零件在保 压状态下进行淬火,得到全板条马氏体组织,极大地 提升了零件的强度。以目前应用广泛的22MnB5钢种 为例,这种钢种通过热成形后得到的汽车安全件其抗 拉强度可以超过1 500 MPa,有效地提升了在汽车轻 量化前提下汽车的安全性,取得了汽车零件轻量化、 高强化和碰撞安全性的综合效果,因此热冲压成形是 一种有前景的先进成形工艺。正因如此,自1970年 以来,热冲压成形工艺发展很快,目前全世界已有近 150条生产线,中国已投产和在建的也有10多条。 热冲压成形零件在乘用车上有广泛的应用,其典 型零件有前、后保险杠,左、右A柱,左、右门B柱, 门内防撞杆,背顶横梁,中通道,左、右门槛等。最 近有资料报道,VOLVO一些车型上,热冲压成形
