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1、汽车轻量化用铝材解决方案浅析Automotive LightweightingCONTENTSThe part 01汽车轻量化发展趋势The part 04忠旺集团简介The part 02铝合金在汽车轻量化中的应用The part 03汽车用铝材生产工艺流程及关键点控制目录汽车轻量化发展趋势PART.01Development trend of automotive lightweighting汽车轻量化发展趋势汽车轻量化发展现状燃油车方面,轻量化系数降低将有利于整车油耗的降低。汽车整备质量每减少100kg,每百公里油耗可降低0.3-0.6L(二氧化碳排放可减少约6-14克公里),以5L/1
2、00km为标准,可以降低油耗6%-12%,因此对于传统能源乘用车,轻量化技术将有效减少油耗,有利于油耗标准的达标。新能源汽车方面,提升续航里程,减少电池成本是轻量化的重要贡献。由于三电系统等增量零部件的原因(三电系统增重约200-300kg),同级别的新能源汽车整备质量要高于燃油车,当前纯电动车受到续航里程短、充电时间长的瓶颈问题困扰,对于轻量化系数优化的需求更加强烈。汽车整备质量每减少10%,续航里程将提升5-6%,以整备质量1500kg、续航500km的新能源汽车为计算基准,汽车整备质量每减少150kg,续航里程提升25km。除此之外,轻量化趋势下,整车的制动性能、加速性能以及最大时速等动
3、态参数也会得到较好的表现。汽车轻量化发展趋势汽车轻量化技术在由工业和信息化部指导、中国汽车工程学会组织全行业修订编制的节能与新能源汽车技术路线图2.0中,指出“汽车轻量化技术路线近期以完善高强度钢应用体系为重点,中期以形成轻质合金应用体系为方向,远期形成多材料混合应用体系为目标。”从中远期分析,未来国家将大力推进铝合金在汽车上的应用。汽车轻量化的技术途径汽车轻量化的技术途径结构优化设计结构优化设计先进工艺先进工艺模块化模块化集成设计集成设计轻质材料轻质材料镁合金镁合金材料材料板厚板厚减薄优化减薄优化轻质材料与工艺轻质材料与工艺结构结构拓扑优化拓扑优化非金属非金属材料材料成型工艺成型工艺连接工艺
4、连接工艺铝合金铝合金材料材料高强度高强度钢钢热成热成型型辊压辊压成型成型激光激光拼焊拼焊液压液压成型成型铆铆接接粘粘接接焊焊接接汽车轻量化发展趋势铝合金在汽车轻量化中的优势减重和节能效果明显铝的力学性能好,其密度只有钢铁的 1/3,具有良好的导热性,仅次于铜,且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蚀性,因此铝成为实现汽车轻量化最理想的首选材料。1乘客的舒适性和安全性获得提高铝合金汽车是在不降低汽车容量的情况下减轻汽车自重,车身重心减低,汽车行驶更稳定、舒适。由于铝材的吸能性好,在碰撞安全性方面有明显的优势,汽车前部的变形区在碰撞时会产生皱褶,可吸收大量的冲击力,从而保护了后面的驾驶员和乘客。2铝
5、易于回收铝制品在使用过程中几乎不发生腐蚀或仅发生轻微的腐蚀,工业上使用的常规材料中,铝的回收价值率是最高的。在铝材铝制品使用回收再生铝锭再加工成铝材的循环过程中,铝的损耗也仅 5%左右,其再生性能比任何一种常用金属都高。3汽车轻量化用铝材解决方案PART.02Aluminum solutions for automotive lightweighting铝型材在新能源汽车中的应用A00级A00级白车身跨界级跨界级白车身SUV级SUV级白车身白车身产品是完成焊接但未涂装之前的车身,不包括四门两盖等运动件,包括A00、SUV、跨界车多种等车型。目前主流产品多采用铝合金型材、板材、铸件等类型材料,通
6、过焊接及铆接等工艺连接而成,可有效减轻整车质量,实现轻量化,从而达到节能减排的目的。整车产品白车身汽车轻量化用铝材解决方案产品介绍铝型材在新能源汽车中的应用整车产品客车汽车轻量化用铝材解决方案8.5M12M10.5M公路客车城市客车12.5m双层新能源全铝客车骨架双层客车 产品介绍:目前新能源客车分为公路客车和城市客车,其铝合金骨架产品采用五大片形式(前围、后围、左侧围、右侧围、顶棚),以焊接为主,铆接螺接为辅,总装连接采用螺接及铆接。产品特征:轻量化效果显著,可有效提高客车的里程和承载能力,此外产品刚强度高,开发周期短,可以模块化设计,易实现平台化生产。零部件产品四门两盖汽车轻量化用铝材解决
7、方案车身上应用的铝合金主要分为铝板材、铝型材和铝铸件。其中汽车车身铝合金板材主要有2个系列,分别为5XXX系和6XXX系。可用于发动机罩、前翼子板、顶盖、车门、行李箱盖、动力电池壳体、车厢板结构或全铝车壳等。产品介绍6xxx引擎盖板6xxx汽车外板5xxx汽车内板铝型材在新能源汽车中的应用在电动汽车上,动力电池包的重量占整车质量的30%左右。汽车轻量化,对动力电池系统能量密度的无尽追求,都对电池包结构设计轻量化提出要求。在电池包系统内部,箱体作为最大的结构件,它的重量减下来,能量密度可以得到不可忽视的提高。在结构优化再优化的前提下,使用新型材质,是电池箱体轻量化的根本途径。汽车零部件动力电池壳
8、汽车轻量化用铝材解决方案产品介绍3003方形电池壳3003电池防爆盖4xxx+3xxx电池液冷板3003刀片电池壳铝型材在新能源汽车中的应用汽车零部件电池包外壳汽车轻量化用铝材解决方案主要合金状态5754-O,对表面质量、板形要求较高,局部冲压变形较高,对产品各向异性、深冲性能等要求高电池包盖板 主要合金状态:5083-O铝板与6061型材焊接而成,对表面质量、板形等要求较高电池包底板电池包底板零部件产品氢燃料汽车储氢瓶汽车轻量化用铝材解决方案氢能源做为一种清洁无污染的能源,是未来能源发展的重要方向之一。2022年氢能产业发展中长期规划(20212035 年)提出了氢能产业发展各阶段目标。车载
9、储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、固体储氢和有机液体储氢,主要应用于乘用车、重卡等交通工具。铝合金储氢瓶具有轻量化及节能减排的天然优势。产品介绍铝型材在新能源汽车中的应用零部件产品防护系统汽车轻量化用铝材解决方案前防撞梁后防撞梁 产品介绍:汽车防护产品是用来在车辆受到碰撞时缓和碰撞力、为发动机总成在中、低速碰撞过程中提供防护的一种装置,其分为防卷入梁、防撞梁两种。铝合金防护系统已成为市场主流产品。产品特征:采用6xxx系铝合金作为吸能盒和防撞梁的材质,溃缩效果好,吸收碰撞能力强;低速碰撞能减少维修成本,高速碰撞有助于提高保护性。铝型材在新能源汽车中的应用零部件产品底盘零件汽车轻量化用
10、铝材解决方案底盘副车架产品介绍:在新能源汽车快速发展的趋势下,汽车底盘零部件产品开始逐步型材化,并且已经得到市场的检验与认可,高强度的轻薄铝合金型材结构件可以替代厚大的铝铸件结构和钢板冲压件结构。产品特性:此类零件开发难度高,其中合金较硬,型材断面结构复杂,对型材多面有轮廓度要求,并且公差带小,需要良好的产品一致性。铝型材在新能源汽车中的应用零部件产品货箱货箱是一种具有独立的封闭结构车箱,主要用于城市内载运货物,其材料可采用结构蜂窝板、瓦楞板以及铝型材三种方案,可有效减轻整车质量,实现轻量化,从而达到节能减排的目的。采用折边对接的形式可以提高薄壁板材焊接后的强度,另外焊接方式采用内外断续焊,通
11、过以上两点可以有效避免焊接缺陷的产生,并且美观。汽车轻量化用铝材解决方案瓦楞板货箱相对瓦楞板方案能有效减少焊接工作量,拥有良好的抗变形能力和外观质量。结构蜂窝板货箱主体框架采用矩管型材通过焊、铆、螺复合连接,形成封闭环,稳定性更高;地板和大梁部分采用异型大截面设计,提高整箱的刚度和强度。型材货箱零部件产品轻卡车架汽车轻量化用铝材解决方案产品介绍车架是轻卡底盘主要承力、传力结构,具有较高的精度和刚、强度要求。铝合金车架具有明显的减重优势。车架总成由左右纵梁、横梁、纵梁内衬加强筋、备胎支架及板簧支架、减震器支架、发动机支撑梁及外支架、冷却系统支架等组成。整体采用防脱螺栓进行连接,横梁单件存在少部分
12、焊接结构。纵梁结构:对纵梁型材压弯,实现局部横向扩展;纵梁腹板两端开工艺缺口,翼板压合后MIG焊接,实现纵向弯曲。横梁结构:型材截面集成设计一体成型,减少焊接和装配量,保证横梁等关键部位强度和轻量化效果。汽车用铝生产工艺流程及关键点控制PART.03Automotive aluminum production process and key point control汽车用铝生产工艺流程及关键点控制铝板带-工艺流程冷轧冷轧中间退火中间退火冷轧冷轧/+/+毛化毛化固溶固溶热轧坯料热轧坯料DCDC预热预热钝化钝化涂油涂油PAPA-T4PT4P包装出货包装出货汽车用铝板带生产工艺流程及关键点控制汽车
13、板产品类型Inner PanelStructural Parts产品类型AlloyTemp.Dimension(mm)Surface ConditionApplication5052O(0.7-4.0)*(1200-2600)MFInner panel,Structural part5182(0.7-4.0)*(1200-2600)MF+Lubricant,EDT+Ti/Zr+Lubricant,57546016T4(0.7-4.0)*(1200-2600)Inner panel,Outer panel,Structural part60146111Outer PanelEDT毛化处理在线涂油
14、与检测表面处理技术汽车用铝板带生产工艺流程及关键点控制Ti/Zr钝化处理汽车用铝生产工艺流程及关键点控制铝型材-工艺流程熔铸技术熔炼铝液浇铸合金设计及配比在线净化成型均质784mm铸锭超大规格铸锭质量提升技术生产难点:成分偏析、组织及晶粒不均匀影响后续产品内部质量;生产方法:通过合金配比优化、外场电磁搅拌技术实现铸锭质量调控;技术成果:有效提升铸锭合金元素及晶粒尺寸的均匀程度。有外加磁场无外加磁场汽车用铝生产工艺流程及关键点控制熔铸技术铸锭均匀化组织纯净度提升技术生产难点:组织不均匀影响后续产品加工性能及综合性能指标;生产方法:采用多级均匀化制度等方法对组织实现微观调控;技术成果:有效提升铸锭
15、组织均匀程度,可生产第二相细小弥散、分布均匀的优质铝合金铸锭。单级均匀化三级均匀化三转子除气系统泡沫陶瓷过滤系统生产难点:气孔、疏松、夹渣等铸锭内部缺陷具有遗传性,降低了新能源汽车产品的耐腐蚀性能和机械性能;生产方法:采用三转子除气系统、泡沫陶瓷过滤系统复合使用技术;技术成果:有效控制熔体氢含量0.12ml/100gAl,无疏松、氧化膜、夹渣等缺陷,提升了铸锭内部质量。铝熔体在线净化技术汽车用铝型材生产工艺流程及关键点控制挤压技术概述忠旺集团配备了200余条国际先进的铝挤压生产线,其中225MN挤压机可生产最大外接圆直径高达1100mm各种复杂大截面的铝挤压产品,填补了国内外在高精密、大断面工
16、业铝型材加工领域技术空白。技术优势针对高强高韧产品研发了力学性能高、抗弯溃缩性好的型材产品,工艺控制采用高温、高速、高淬火强度,以满足产品对性能的要求。针对壁薄多腔宽幅产品攻克了宽幅可达522mm、薄壁多腔、尺寸精度高的型材生产工艺。工艺控制采用中温、低速、均匀低强度淬火,避免过大的冷却速率使产品尺寸超差。汽车用铝型材生产工艺流程及关键点控制连接技术激光焊激光焊是利用能量密度极高的激光束作为热源的一种高效精密的焊接方法,可进行各类接头、不同焊接位置的自动化焊接;先进的激光焊接技术可替代传统弧焊技术,在精度及接头质量方面均有着显著的提高,接头强化系数可达80%左右;激光焊接技术主要应用于新能源汽
17、车电机、电池托盘、前后舱、汽车底板、水冷板、前纵梁等零部件产品焊接生产应用中。技术优势可实现高精度焊接,且焊缝深宽比可达12:1;非接触焊接,焊接不需要使用电极;能量密度高、焊接速度快、焊接变形小、热影响区小;可焊接材质种类范围大,亦可以实现异种材质焊接;接头热影响区窄,焊接接头力学性能好。电池托盘产品激光焊缝端面全拼汽车用铝型材生产工艺流程及关键点控制连接技术搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊是一种固相连接方式,搅拌头旋转插入被焊工件,在搅拌工具的机械锻造的作用下,实现工件间的固相连接;相比于弧焊,搅拌摩擦焊连接的抗拉强度有5%-10%的提升,塑性将提升近一倍且断裂韧性将提高30%以上;搅拌摩擦焊接技术主
18、要应用于电池托盘、前纵梁、水冷电机壳等零部件产品焊接生产中。技术优势固相焊接过程,焊接时不需要保护气体及填丝;低变形和低收缩,焊缝机械性能优秀,高效、低能耗;焊接温度低于合金熔点,无气孔、裂纹与元素烧损;FSW与传统弧焊相比接头强度更高,可达到75%左右;产品变形量更小。电池托盘产品FSW焊缝端面全拼汽车用铝型材生产工艺流程及关键点控制机加技术概述机加设备多样化,可以根据白车身三维弯零件、电池包总成机加、车架多孔纵梁、轨道长直大部件等产品的要求、结构进行合理选配;深研铝合金型材机加多年,具有丰富的生产经验,可以根据产品结构、精度要求,编制最优机加程序;辅助配套设施齐全,可快速响应产业化量产需求
19、。技术优势机加设备精度高,可以保证产品精度要求;机加设备稳定性高,可以持续、稳定作业;设备平台尺寸多样化,可以满足小于70米零件的机加要求。意特利五轴加工中心山崎马扎克五轴加工中心协鸿数控加工中心设备能力机型工作台尺寸协鸿三轴1600*800*660mm、1000*450*500mm等意特利五轴20000*250*500山崎马扎克机床630*1100*600mm 福克五轴76000*9000*6700mm汽车用铝型材生产工艺流程及关键点控制表面处理技术钛锆无铬钝化技术一种新型环保的表面处理方式,在铝合金产品表面生成膜层,使其具有一定的保护作用。技术优势防尘、防污的作用,可避免运输过程中零件的污
20、染;可防止焊接前产品表面氧化;对产品焊接性能无影响。扩孔氧化技术通过调整阳极氧化工艺,扩大型材表面孔隙率,增加胶体与氧化膜的接触面积,增大粘结强度。技术优势提升单位面积氧化膜内孔隙率;耐蚀性无衰减;有效提升产品的可粘接性;增强胶接部位力学性能。表面孔隙率胶接件拉伸后形貌汽车用铝型材生产工艺流程及关键点控制忠旺集团简介PART.04Introduction to Zhongwang Group忠旺集团简介 公司简介:天津忠旺铝业有限公司成立于2011年,占地6平方公里,是全球领先的铝加工产品研发制造商,产品应用于航空航天、国防军工、轨道交通、汽车、船舶、城市建设、化工、电力工程、3C、包装等领域
21、,并推动其轻量化发展。核心业务:忠旺集团现已形成以工业铝挤压、铝压延、铝深加工三大核心业务并举的发展格局。公司资质:天津忠旺凭借丰富的实践经验和技术沉淀,已获得进入航空、铁路、汽车、船舶等行业在内的多项国际资质认证,为集团在铝行业的高速发展提供坚实保障。公司介绍忠旺集团简介集团介绍225MN挤压机16m卧式淬火炉模具加热炉WAGSTAFF铸造平台(直径784mm)225MN挤压模具电火花成型切割机模具加工中心模具加工车间熔铸挤压模具压延深加工热轧机-粗轧热轧机-精轧(5连轧)冷轧机冷轧机-三机架冲压机冲压模具冲压五连机ESAB搅拌摩擦焊日本MAZAK五轴加工中心多孔柔性平台IGM双枪焊接机器人
22、忠旺集团简介研发优势方案设计材料开发工程技术研究测试分析忠旺集团科创中心具备从产品概念设计到样件试制,从零部件到总成,从单体式结构到一体化结构的开发能力。形成了完整的产品结构设计、材料开发、工程技术研究、新产品中试和测试分析科研体系。可为客户提供从产品轻量化设计到量产应用的系统性、一体化解决方案。研发优势轻量化产品忠旺集团简介研发优势中试线单转子除气箱4t燃气熔炼炉纳博热空气循环炉-时效炉激光焊接表面处理测试分析计量器具-TRIMOS数字万能测长机成分&化学-荧光光谱仪腐蚀-循环盐雾腐蚀试验机力学性能-高速拉伸试验机、ZWICK疲劳试验机金相-高温金相显微镜忠旺集团拥有国际一流水平的实验环境与中试设备共计105台套。主要检测和校准设备来自于日本、德国、瑞士、美国等发达国家和地区,设有力学性能、组织相变、无损检测、化学分析、腐蚀性能及环境表面6个专业检测实验区,共计检测能力73项,其中30项通过CNAS认可,4项通过NADCAP认可;同时具备几何量、电磁、热工3大校准实验区共计校准能力14项,其中9项通过CNAS认可。感谢您的观看THANKS忠旺集团天津忠旺铝业有限公司