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刘清:铝合金轻量化解决方案(附图)

  中国机械工业联合会机经网发布时间:2019-04-25 16:20:12 来源:机经网

  2019年4月16日-18日,备受瞩目的2019中国汽车论坛在上海嘉定隆重召开。本届论坛主题为“创新、开放、绿色——聚焦汽车产业变革与机遇”。诺贝丽斯是全球领先的铝压研制造商和全球最大的铝合金回收公司,在四大洲和10个国家设有工厂,为了更好服务于亚洲市场,在常州市建了首家铝板基地。在4月17日下午举办的“产业新阶段,汽车零部件企业发展机遇”主题论坛上,诺贝丽斯亚洲区汽车业务副总裁兼中国区董事、总经理刘清发表了题为“铝合金轻量化解决方案”的主题演讲

  2019年4月16日-18日,备受瞩目的2019中国汽车论坛在上海嘉定隆重召开。本届论坛主题为“创新、开放、绿色——聚焦汽车产业变革与机遇”。诺贝丽斯是全球领先的铝压研制造商和全球最大的铝合金回收公司,在四大洲和10个国家设有工厂,为了更好服务于亚洲市场,在常州市建了首家铝板基地。在4月17日下午举办的“产业新阶段,汽车零部件企业发展机遇”主题论坛上,诺贝丽斯亚洲区汽车业务副总裁兼中国区董事、总经理刘清发表了题为“铝合金轻量化解决方案”的主题演讲。以下为演讲实录

  大家下午好,接下来15分钟,我来给大家讲一讲我们诺贝丽斯的一些在汽车车身,铝材轻量化的应用。首先跟大家分享一下铝合金轻量化的做法。今天早上我有其他的时间在车展那边没过来,我有一个问题想要问一下万主席,过去讲汽车四化,是包括汽车的轻量化,到现在轻量化没有了,变成了网联化、共享化,我觉得共享化是一种模式,从技术上来讲不算“一化”,不管是哪种汽车四化,总归有一种化作为基础,轻量化是绕不开的

  做轻量化是有成本的,做合规是有成本的,从这个图中看到,做普通的燃油机,我们可以通过车型、轻量化的材料、发展电动汽车,可以通过双积分制度的管理,甚至什么都不做付罚款达到应该做到的标准,就是一种新的燃油效率或者是油耗的指标

  但是,从轻量化材料的发展,我们也知道另外一个事实,轻量化的材料有很多种,在汽车的应用里面以钢铁为主,还有一些其他的有色金属和复合材料,任何一公斤的减重轻量化都不是免费的午餐,都是有成本的。所以汽车主机厂一定会考虑轻量化所带来的综合的成本是多少,一公斤减重成本是多少。我们比较几种主要的材料,为什么在目前,中国的汽车行业,铝合金的轻量化技术在覆盖先里面得到了长足发展,很重要的原因就是它可以帮助汽车主机厂实现很好的轻量化的效果,同时它的成本增加是有限的,从工艺来讲,往往和很多共铁的加工的四大工艺是吻合的,很多的设备是可以通用的

  诺贝丽斯铝材,通过什么样的加工的过程,达成什么样的材料的性能,从而满足下游汽车主机厂不同部件不同地方的应用,从铝合金来讲,我囊括了各个方向的研发的路径,从碰撞来讲,CM,我们需要考虑,往往都是强度要求比较高的,或者有一定性能的。HS、US,从强度来讲,不光是铝合金在覆盖线用的越多,从全铝车身,包括结构线、碰撞线也用的越来越多。铝合金的冲压性能和钢材是不一样的,高成型性能的铝合金也往往是汽车主机厂的要求,从这几个方向,我们应该着手汽车专用铝板铝合金的开发

  这个图大家都很熟悉,没有做标志的这些小圈,合在一起像一个香蕉,我们叫香蕉图,是钢材的强度和延展率的关系。铝合金从5合系,甚至有更高级别的7000系旅客,现在在汽车车身也在应用。从这里面看到相互的关系,铝合金不断地和钢材的互相的比拼竞争当中也在不断提升自己,它的超强和高强度相当,延伸率做到比较高,从而达到相应的加工的需要

  燃油车和电动车,我们做轻量化,对于燃油车来讲,如果这个车身减重10%,燃油效率可以提升6~7%,对于电动汽车来讲,车越轻,包括车身和电池组越轻,行使里程肯定会越长,这两种技术发展的趋势,都绕不开轻量化的技术。所以我为什么开篇的时候就讲轻量化不管是几化是不能少的化,少了这个化,汽车的发展从技术的层面来讲就不全面了

  举个例子,左边是用刚做车身,用铝做覆盖件的SUV,中间的是混合材料的使用,右边的是全铝材料的车身。大家可以看到,全铝车身和用一部分的铝做覆盖间和铝钢混合,完全是在一个技术平台上可以比拼 的。但是它的轻量化的效果,车身的重量会轻很多,这对驾驶性能,对安全,对整个燃油消耗都是很有意义的事情。左边的是沃尔沃的XC90,右边是路虎的一款SUV

  从趋势来讲,中国对铝材的应用时间也就8、9年时间,欧洲和美国的汽车市场,我们从覆盖线年,不管是欧洲还是美国,在于车门、铝车门,在尾门、椅子把几个典型的覆盖件,使用的比例和市场份额是越来越高的,这是一个趋势,中国也是一样

  对于传统的燃油车来讲,铝合金的轻量化确实是改善了油耗具有成本优势的有效的办法,轻量化技术有很多种,但是没有一种轻量化技术是没有成本的,但是哪一种减重或者改善燃油效率它的成本最具有优势?这就是这张图要告诉大家的。这是美国科学院做的一个研究,大家可以看到这个图,它是一个燃油效率的改进,另外一个纵坐标就是讲燃油效率改进以后的成本是多少,这个成本越低越好,这个改进越高越好。从车身的轻量化,就是你够手就能摘得到的果实。大家要做这个,一定要考虑车身的轻量化,不同材料的选用

  开一辆电动车,行使里程是有焦虑的,特别是到冬天,左边是比较轻的1.5吨的电动车,这边是2.3吨,两种速度下,120公里和70公里,可以看到每百公里的用电量和度数是不一样的,越重越沉用电越高,开的速度越快耗电越高,新能源汽车确实轻量化也是必须要做到的技术

  接下来5分钟我很简单举两个例子,一个是从全铝门的解决方案,一个从新能源电池包的解决方案给大家讲一下这个技术的发展。PPT协会都有,大家有需要都可以找我,所以不讲那么仔细了

  我们选了C级车和钢来比较,汽车主机厂的目标是减重1公斤,不能超过4欧,这是欧洲的汽车主机厂做的。我们选了一辆SUV,年产7.5万辆,钢制的车,55欧一个门,我们选了两个方案,A方案是5千系和6千系的铝合金热处理和非热处理的铝合金合用,方案B是全热处理器合金的方案,连接的方式有激光焊,远程激光焊,SPR、卷边的方法,合金的选择根据不同的部件,包括我们的一些辅材的情况,点焊是多少,整个的长度,螺栓用了多少,相应的结构胶用了多少,加在一起重量是多少

  我们也做了静态分析,从车门下垂、过开、腰线刚度,门框的刚度啊做相应的分析,大家可以看到规范的要求,刚制门的表现和用铝合金第一个方案5000系和6000系合用的比较的效果,铝制门和钢制门都能达到设置要求。同时,碰撞分析,我们可以看侧碰和偏置碰的曲线,最后我们要考虑当你的技术能够满足安全要求的时候,你的成本是多少,钢制门是55欧,用方案A和方案B的铝制门,一个是80欧,一个是84欧,也就是说每减少一公斤,额外的成本,一个是3.35欧,一个是3.55欧,一般来讲,汽车主机厂不一样,但是基本上在欧洲是4欧以内 是一个标准,在中国,我们现在和上汽的番亚(音)做一个车门项目,但是中国的数字还没有拿到

  电池包的解决方案,从这个图中可以看到,每一个电动汽车制造商所用的电池的能量密度是不一样的,举个例子,比如说特斯拉两款,通用的bot是很有名的电动车、宝马IX,可以看到电池的总电量是多少度电,电池包的总重量多少,最下面的一行是我们公司按照铝板材做轻量化做它的电池包的总的设计的解决方案,90度电,能量密度192,基本上和Model3差不多

  这是它总的结构,包括里面的电池,30块铝电池,提供90度电的总的结构。从电池包的设计来讲,总共有9个铝的键,厚度是多少,每个件的重量是多少,加在一起的结构的重量是多少。同时它的设计里面有很多细节需要考虑,特别是经受碰撞的时候,怎么样保证电池组不被破坏,保证能量的正常供应,这点非常关键

  整个的板材解决方案,有一些模型跟大家做分享,大家可以看到一个细部的设计,高强度的横撞粱,还有它的间隙是96毫米,保证碰撞的时候侧面的铝合金吸收足够的能量达到一定的溃缩形式上,从而保证电池组的安全

  这是一个动画,碰撞以后,变形缩形,没有碰撞到蓝色的部分。前示图,这是一个动画效果,侧面的设计有效地保护了电池组的安全。按照设定的溃缩方式,这个也是,我们做出来的整个曲线,最后的最终的状态,碰撞完了以后。上底盖、衡量没有明显的变形,它是支撑整个电池组的安全

  碰撞能量吸收,电池包吸收了10%几的碰撞能量,但是它绝大多数的能量的吸收还是要靠白车身里进行的。从本身底板来讲,它的安全防护,不能击穿非常重要

  我们从大到小,我的结论是建立在小的基础上,小的基有3点,1.铝合金板材在目前中国汽车工业,在轻量化应用和设计里面起到了非常重要的作用,越来越的汽车主机厂,包括合资,包括自主品牌,包括新能源汽车都在使用这种材料

  2.门用铝代来钢,通过适当的合金的选择,通过适当的连接技术,是完全可以达到减重,对成本的要求,同时也达到了减重的要求

  3.新能源的快速发展,除了全铝车身或是覆盖线路飞速的应用发展以外,对于电池包的减重,这是一个不能忽略的问题

  我们在车展的5.2有个展位,欢迎大家这两天到我们的展位做交流,所有的真实的样品都我们的展位上可以看得到,大家可以针对这些展品进行讨论和交流,谢谢大家

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