【盖世直播】周佳：轻量化材料及成形技术在汽车上的应用

中国汽车工程研究院股份有限公司轻量化中心副主任 周佳

各位嘉宾，大家下午好！我是来自中国汽车工程研究院的周佳，今天这个报告主要内容包括轻量化材料。今天报告的主要是从这四个方面进行介绍，轻量化技术的话是汽车节能减排的一个重要途径。

汽车工业的节能减排是刻不容缓的，我们是把日本欧盟还有美国这一块节能减排的一个要求一些指标性的要求列出来。今天上午有的专家也提到了，其中特别提到我们2020年的话，碳排放要达到十八克每百公里这样一个情况。节能减排的话，我们可以看到通过调整我们的汽车产品结构等节能技术推广燃油汽车经经济性的指标，提高交通运输效率的一个途径实现，主要调整它们结构这一块，我们可以搞小型车混合动力电动车等等这样一些节能技术的话，今天上午我们单位周总也提到了，就是在高校年级，还有轻量化技术这一块来实现，然后同样也是国家政策方面的话，汽车燃料经济性标准这一块可以进行乘用车进行了商业肺的感染进行标准来实现，研究表明我们汽车减重这个10%，节省燃油6%到8%可以排放的话可以减少3%到5%。这个数据的话大家应该经常看到，然后这一块的话，但是轻量化。

我们在轻量化，基本上也必须保证我们汽车的安全，因为取长补短耐久等一些金融，而并不是说单纯的把我们这个重量降低，其中涉及到轻量化这一块的相关的一些性能，我们并不能把它这个指标降低涉及到的影响方面比较多。前台话费我们实现途径的话主要有这三个，一个是我们通过材料，第二个中国结构，第三个通过我们工艺来实现。这一块，我举了几个例子，这是我们2016年中国汽车轻量化技术研讨会上的一些资料，这张表是2015年欧洲车身会议的一个车身的一个用材情况，包括钢、铝合金镁合金非金属材料等等，这样我们可以看到这一块有刚这一块的话，就是现在高强度钢的比例是越来越高，然后铝合金的话像有些车型的话，像铝合金板材还有铝合金挤压型材，但某些车型上的一个应用比例是非常高的，像捷豹、路虎还有奔驰、MG用铝的比例是比较高的，这个是国外的一个情况。这是我们国内的一个情况，国内这一块的话也是把我们一些相关应用的一个车型的用材情况列出来了，从这个表看看我们国内的一些乘用车的话，用的钢的比例还是比较高的，然后由于某一些A00级或者是比较小的一些电动车型的话开始用这些铝合金用的比例比较多。这种全铝的小型车的一个开始在铝这块用的比较多一点，也有的一些在非金属复合材料这一块的话也有一些应用。国内外轻量化先进制造工艺这一块的话，我们是从这块几个方面作了一个总结。

制造工艺这块，包括它的冷成企业内高压成形激光拼焊边护板高强度热成型钢，国内这块的话，从这些用量的话比国外要少一些，但是我们国内热成形这一块的话，用量是在最近几年的话，用量是越来越大，连接技术这一块也提到了从电焊、弧焊、激光焊、钢接这块的一些国内外核，也做了一些对比。

第二部分就是我们轻量化材料的一个应用。主要是从这三个方面，然后可能不是太专业，主要是高强钢铝合金和塑料复合材料这一块高强钢这块的话刚这块是我们今天的这几个点的一个80年代还有90年代，2000年以后到2000年，2020年这样一个阶段，前面这一块我们DC钢用的比较多。90年代时候我们BH钢用的比较多，然后两天以后的话我们DP钢来计算，应用也比较大，然后到了我们后面的话，我们是超重当这块发展。刚这一块的分类，我就不做过渡期介绍大家看一下就行了，应该到就比较了解。像这个弄高强钢潜艇高速公路经常超高强钢，还有了诚信这块的，这是我们举的一个例子，就是说高强钢在像DP高朝这个QP刚这样发生发展，他厚度可以点包1.6，然后这也是在大概点钟0.3公斤，0.38公斤左右，然后还有DP1.2到1.2头一点点那个方向发展都是从这个它刚高强度方向发展，然后壁厚减薄来实现，还有结构优化这一块来实现减重。这个的话是我们各个车企对一些包括日系、美系、欧系对高强钢运用的话是逐年增加，无论是从先进高炉炼钢超高强钢还有热身金这一块日系相对于欧美系的话，它更注重于这块，我们可以看到它更重于通过想用这句话它是比较级别比较低的材料，然后通过结构优化来设计来满足我们的性能要求。每夕这块大概在高强钢使用的话是一个将对平稳的一个状态，总体用钢量比较大的话，是在未来高强钢使用生化增明显，然后国际钢铁通过听电话项目中射程应当的平均钢平均抗拉强度是越来越高的前面。

铝合金这一块的话有安全法规的要求，还有我们节油、降排还有动力T车的动力与舒适性这一块提高竞争力的方向，这块在铝合金的用上市也增大了，这里列了一下世界级这种典型的车身的一个用材的一个情况，我们可以看到这个清楚的话，尤其车型上的应用比例是非常高的，这一块用的比较高的都是大概是路虎的IOS65，它是一个全铝的车身大部分用的是铝合金的板材。这是我们铝合金在车身上用，他主要从整形方式，这块是包括压铸按照板材挤压件在汽车上应用的一个大概的情况，这是从神经方式在汽车主要部件上的应用一个情况，包括铸造还有冰雪旅游已经到对它的发动机传动底盘传动系统在铸造性用的比较多，便捷的这块它是车声的系统，不间热交换，还有其他一些部件的应用比较多。这是铝合金型材，在T台上的一个应用情况，是包括它的先保时捷后保时捷，然后悬架这样的一些系统的应用，这里列了一些保险杠的一个应用情况。

然后这一块铝合金汽车用板的一个情况，主要是这一块覆盖件这一块的话主要是用五系和六系这一块的，在这个主要是四门两盖、覆盖件这一块的应用比较多。这里还有我们列了一下，在这个发动机部位还有底盘件，还有龙谷这一块用到的是我们铸造铝合金的情况，一个应用情况。

然后塑料复合材料这一块我就快点过一下，然后这里主要是从包括金属和非金属这一块，然后还有非金属有树脂、橡胶、石墨、陶瓷这块，增强的话就拨天碳纤维等等这样一些像材料。然后这一块的话还有主要是从热塑性复合材料还有这个。还有特殊性的话，包括SMC、BMC这一些主要材料用的话主要在功能键、出口外桥、结构附件，还有碳纤维复合材料下。碳纤维复合材料这一块的话，我们列了一下国内外的一个机制基础碳纤维原丝的生产工艺，包括它原来有日本动力东方美国日本三菱等等这样一些企业做到的一个用材，还有公益的一些方法。这里也列了一下我们13年的话，欧洲甚至会用的一个宝马A3，还有阿尔法车型大量投入。

然后我们国家现在有一个重点研发计划的话，在座的也是一个碳纤维测试，正在做的这样一个项目，零部件的一个应用，还有包括它的材料技能亚洲还有成型工艺的一个情况，里也列了一些相关的一些带整车厂一些应用车型的一个情况，主要还有用着的一些部位填到模块等等这样一些情况，第三部分的话就是介绍一下我们在我们及成型工艺这块的一些工作，我们单位这一块主要是分三部分，一个是我们讲一下热成形，然后第二个就是我们讲铝合金这个形态，诚信这块的话，我们就是包括高强度钢材，它强度越高的话，它成形性能会越难，尤其当刚强度达到1500兆牌的时候，我们会冷战，因此难以满足的，所以我们采用的是一种热成型的公寓，这个的话是日盛金店在我们车身上的应用情况，然后这一块的列出来大概是成群的一个工艺，一个流程。应用背景主要是我们从它的声音材料工艺这一块，它可以获得高强的一个超高强度的一个零件或者复杂性的原件，还有减少零件的数量，还有具有较高尺寸的精度和定制项目分部这块呃沃尔沃在日常影像应用的话，再展世界的音量是最最高的，它以做到高强高复烧高香流年的话是这样一个情况，然后热成型这一块的话可以他解决。我们板材高强度板他成形过程中一个成型性非常大这两个问题现在的话我们认证应用的一个现状的话是有这样的运用，则是在这样一些零件上应用有这么多列出来，这是我们开的一个车的一个情况，就是2015款我们斯柯达明锐白车身的程序数量我们统计了一下，大概是22这样一段，而且还是铝硅的一个，这是整个一些材料的一个清单。

整个热成形市场的一个线段的话，大概是我们这个乘用车的话，大概2400万辆，16年，然后应该是2600万辆，乘用车是2400万辆，然后平均车身大概在300公斤，这成语应用比例大概18%，50公斤左右。单车的程序用量的话，大概实践热成形的一个需求大概是2亿多店，大概是150万吨左右，国内大概一个中心产业，大概是一百条左右，我们热成型在国内的一个发展就比较迅速的，大量的一个生产线建成，宝钢、马钢这些都开始可以供应热成型钢，国内一些国产品牌的话，轻量化地区安全性能也真的提升，然后国产汽车品牌产量还有市场份额的话也是迅速扩大。

这一块的话是我们热成型的应用的一个难点，主要是从几个方面，然后我们包括它的延迟断裂、抗力这一块也是有待提升这一块。然后这一块我们也是做了一些相关的一些研究，包括他们的工件热成型之后三点弯曲的一个情况，它实际上开始有一些式样，在精制之后它会发现一个开列的一个情况。我们也列了一下我们的成型发展方向这块的话。

第二部分我们做的一个就是铝合金、保险杠开发这一块我们做的主要是这么几个工作。包括背景是这样子，我们要做一个铝合金保险杠的话去替代我们原来钢制保险杠，从我们的材料工艺优化设计这些工作下一页这一块是我们前面油画制剂这块，我们做得已经工作就是要优化设计分两块，一个是我们保险杠横梁，还有一个就我们这个系统和洁面，这两部分开展我们的一个点位优化工作，进行一个截面优化设计。

这一块就是做出来我们这个截面优化设计的新农合的一个截面优化设计的一个情况。包括我们优化的一些条件的设置。这是我们做出来的一个界面优化的一个结果，包括它的壁厚，然后材料的一些性能要求都有优化的话，金融和质量大概是0.25公斤，都有下一页。这是我们整个最后做出来。然后我们也会做一些公益计划设计。从它的挤压工艺还有热处理，有弯曲焊接这块都有相关的工作，这是我们做的一个彻底压成型的仿真分析，对它的一个挤压工艺进行一个优化，这是我们做的一些挤压工艺的一些结果，包括它的流速出口温度等等一些情况，再也。然后我们也会做，因为是铝合金的话，是铝合金和铝合金之间会有一个焊接，我们是采用焊接工艺的，就是一个焊接工艺的话，我们也会做了一些相关的焊接工艺研究优化等等，这样一些工作，包括不同的焊丝，然后焊接之后的一些情况等等，这是不同焊丝之间的一个宏观对比，还有汉字注音，包括焊接接头的影响，对边对比，再也这个是这个然后焊好之后我们焊接拉升相关的数据，液粘度曲线情况，还有东风跟刚刚做了一些对比不够，拊石钢这块是严重不是铝合金，这块是没有太大影响。

最后就是我们狮子和验证的一个进攻做这块的话，我们是当时做了一个看到这个两套模具就是衡量和迎合这两套模具做出来的一个形态，然后拉弯成形弯曲成型这样一个情况。然后这是我们做事治完之后的形态，就进行一个相关的焊接，这一块我们当时做的时候也是做了一些相关的焊接工装设计这块我们也申请了一些相关的专利和专利，最后我们做出来这一些性能的话就是这样的一个情况，然后当时我们也采用了不同的材料，用6160、6063还有6101不同材料进行一个对比。这个是我们做的一个材料，甚至之后的一些相关的一些实验就是清河的经，然后惊讶之后的一些相关的一些对比，包括它的经验率曲线反映经验分布反映一些曲线即能量，然后做成零部件之后我们零部件之间的一个学院。这三点电压保健康的。

然后做完之后发现刚才零部件时间我们会做一些相关的台车。这是百分之百的一个正碰的情况。这个比不可忽视好的，像这夏夜对，然后我们零部件级别做完之后，我们当时也做了一个整车的碰撞实验，把这个保险杠撞到我们对应的车型上，进行一个整个正碰和百分之百，40%偏置碰这样一个对比。这也是正碰和偏执控实验的一个结果，这个是按国家国标来做的，然后基本上达到我们国标这些要求。刚前面的是百分之百的，这是40%天碰的下一页。下雪，这是碰撞的结果情况。第三部分就是我们铝合金发中心召开的一个开发，这是当时跟长安一起做的一个项目，就是发动机罩盖，采用的时候我们6016的这样一个情况，一个铝合金板材下月。

整个这一块的话。我们当时是整个利润。这块是包括熔炼、铸造、热轧、冷轧，后面就是一些清洗除油剪切包装这一块是整个板材的一个生产的一个工艺流程。然后做完之后我们会对他一个另一些技能进行一些控制，同时也对不同的一个情况时间不同的曲线、方向对它一些进行一个力学性能的一个分析，这是不同的状态下的一个一些竞争的情况。还有就是我们会对它因为铝合金板材做完以后，之后还有一个考勤的问题，我们也会对它进行一个很好。樱花既能进行一些研究，然后做了一些相关不同铝合金板材的一个烘烤硬化，净利有包括部门好王文璐等等这样一些情况对他的一个亲人的影响。还有就是成形性能这一块比较重要，因为我们在板材设置出来之后，我们这台机器做春节期间图，我们可以预测流行反弹的冲压过程中一些体重开裂，用仿真分析进行工艺优化和设计，消除我们上市的一些不良倾向。还有就是一些因为铝合金用到了外面的话，有一些是覆盖件、外覆盖件的话，我们就考虑他的一些抗癌性能这块的话我们也是做了一些满载看好的一些技能评价，包括它的价值曲线，然后说增量，还有循环质量与空很深度之间的一些关系。

下一页。同时也会因为在铝合金板材的冲压过程中，他和钢的话还是不一样，那同样的一个一般影响铝合金在是钢的2到3倍，所以在回弹技能这一块我们也会多一些，还有一个就是铝合金，如果用到汽车外覆盖件的话就是发动比这块有考虑它的一个方便，因为一个包边的一个工艺，所以这块我们也会对它进行一个包边工艺的一个研究，他就是包括90度包边180度包边等等这样一些方面性的一个情况。

下月。这里是我们也会做一些相关的铝合金召开的仿真分析还有结构优化的工作。这里的话我们是通过一个防治，大概的一个对白正进行分析，主要是完成三部分的那种钢制的系统分析，目标的旅就在一个带高技能分析，然后目标是到高速公路的一个优化设计这块的一些工作，下一页。同样也是包括我们它的纯净性。就是我们采用模具做的话，我们钢制的话，成形性能会有一些什么样的一些情况。然后同样也会做一些相关的成型回弹分析这事，但是铝合金的外板回弹量和内板回弹的情况。同时也会添加的一些相关的一些性能，包括它的模态刚度等等，进行一些恶魔太满足刚度扭转刚度进行一些分析，已达到我们这个设计要求。

同时也会做一些，因为有些法规开始是关注我们行政保护，因为2018可能会把形成保护这块加进去，然后我们也会做一些罩盖一块形成保护出了一些，碰到仿真分析，包括他头部加载，然后召开重一点对做一些分析，再远，这个是我们发动机罩盖的一个优化这样一个思路，整个思路是这样的，下一页。这里我们也做了几个，基于不同的基于钢度，还有继续形成保护两个合起来做的一些那段特殊结构的一个优化工作。这是我们基本的一个优化设计流程，这是我们做的一个优化设计结果的一个对比，当时优化结构的话做了三种方案，

然后我们这个方案的时候是考虑它的模态、钢度还有抗性。这里也是各种结构之后做出来的一个对比，形成保护就能大概这个点中率高达46.4%这样的情况下也。这是一个失职的情况，这一块的话就是可以考虑它的冲压工艺连接技术。然后我们流行召开内外板的话都有一些评价标准，我们这也提出来它的一些外板和内板的相关的一些品种标准在这里。还有就是一些涂装工艺，大概的一个冲压模具的一些情况，总共用到大概七副模具，然后这个是那版块外班的一个冲压情况，实际同样的一个情况，这是冲压工序的情况，然后这是做了涂装之后的一个情况。优化后的话，这些基本上是刚才也看到了一个数据，大概是减重46%左右，就像18公减到大概12公斤这样一个情况，最后的话从总结一下我们在钢这一块的话，在高强度钢和超高强度钢在汽车上已经大量应用。

铝合金这块是重要的汽车轻量化材料，对着油耗现在安全的法律来推动我们的铝合金挤压型材铝合金板材在汽车上，将会大量的推广应用。很多自主品牌现在可以开始考虑用铝合金型材，板材我们国内主要一些铝合金生产企业包括南山铝业等等。塑料复合材料今后发展迅速，在高端知识和技能源这一块会有大量的应用。以上是我的介绍情况，谢谢大家。

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