陶志民-汽車輕量化用鋁材解決方案.pdf

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1、汽車輕量化用鋁材解決方案淺析Automotive LightweightingCONTENTSThe part 01汽車輕量化發展趨勢The part 04忠旺集團簡介The part 02鋁合金在汽車輕量化中的應用The part 03汽車用鋁材生產工藝流程及關鍵點控制目錄汽車輕量化發展趨勢PART.01Development trend of automotive lightweighting汽車輕量化發展趨勢汽車輕量化發展現狀燃油車方面，輕量化系數降低將有利于整車油耗的降低。汽車整備質量每減少100kg，每百公里油耗可降低0.3-0.6L（二氧化碳排放可減少約6-14克公里），以5L/1

2、00km為標準，可以降低油耗6%-12%，因此對于傳統能源乘用車，輕量化技術將有效減少油耗，有利于油耗標準的達標。新能源汽車方面，提升續航里程，減少電池成本是輕量化的重要貢獻。由于三電系統等增量零部件的原因（三電系統增重約200-300kg)，同級別的新能源汽車整備質量要高于燃油車，當前純電動車受到續航里程短、充電時間長的瓶頸問題困擾，對于輕量化系數優化的需求更加強烈。汽車整備質量每減少10%，續航里程將提升5-6%，以整備質量1500kg、續航500km的新能源汽車為計算基準，汽車整備質量每減少150kg，續航里程提升25km。除此之外，輕量化趨勢下，整車的制動性能、加速性能以及最大時速等動

3、態參數也會得到較好的表現。汽車輕量化發展趨勢汽車輕量化技術在由工業和信息化部指導、中國汽車工程學會組織全行業修訂編制的節能與新能源汽車技術路線圖2.0中，指出“汽車輕量化技術路線近期以完善高強度鋼應用體系為重點，中期以形成輕質合金應用體系為方向，遠期形成多材料混合應用體系為目標?！睆闹羞h期分析，未來國家將大力推進鋁合金在汽車上的應用。汽車輕量化的技術途徑汽車輕量化的技術途徑結構優化設計結構優化設計先進工藝先進工藝模塊化模塊化集成設計集成設計輕質材料輕質材料鎂合金鎂合金材料材料板厚板厚減薄優化減薄優化輕質材料與工藝輕質材料與工藝結構結構拓撲優化拓撲優化非金屬非金屬材料材料成型工藝成型工藝連接工藝

4、連接工藝鋁合金鋁合金材料材料高強度高強度鋼鋼熱成熱成型型輥壓輥壓成型成型激光激光拼焊拼焊液壓液壓成型成型鉚鉚接接粘粘接接焊焊接接汽車輕量化發展趨勢鋁合金在汽車輕量化中的優勢減重和節能效果明顯鋁的力學性能好，其密度只有鋼鐵的 1/3，具有良好的導熱性，僅次于銅，且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蝕性，因此鋁成為實現汽車輕量化最理想的首選材料。1乘客的舒適性和安全性獲得提高鋁合金汽車是在不降低汽車容量的情況下減輕汽車自重，車身重心減低，汽車行駛更穩定、舒適。由于鋁材的吸能性好，在碰撞安全性方面有明顯的優勢，汽車前部的變形區在碰撞時會產生皺褶，可吸收大量的沖擊力，從而保護了后面的駕駛員和乘客。2鋁

5、易于回收鋁制品在使用過程中幾乎不發生腐蝕或僅發生輕微的腐蝕，工業上使用的常規材料中，鋁的回收價值率是最高的。在鋁材鋁制品使用回收再生鋁錠再加工成鋁材的循環過程中，鋁的損耗也僅 5%左右，其再生性能比任何一種常用金屬都高。3汽車輕量化用鋁材解決方案PART.02Aluminum solutions for automotive lightweighting鋁型材在新能源汽車中的應用A00級A00級白車身跨界級跨界級白車身SUV級SUV級白車身白車身產品是完成焊接但未涂裝之前的車身，不包括四門兩蓋等運動件，包括A00、SUV、跨界車多種等車型。目前主流產品多采用鋁合金型材、板材、鑄件等類型材料，通

6、過焊接及鉚接等工藝連接而成，可有效減輕整車質量，實現輕量化，從而達到節能減排的目的。整車產品白車身汽車輕量化用鋁材解決方案產品介紹鋁型材在新能源汽車中的應用整車產品客車汽車輕量化用鋁材解決方案8.5M12M10.5M公路客車城市客車12.5m雙層新能源全鋁客車骨架雙層客車 產品介紹：目前新能源客車分為公路客車和城市客車，其鋁合金骨架產品采用五大片形式（前圍、后圍、左側圍、右側圍、頂棚），以焊接為主，鉚接螺接為輔，總裝連接采用螺接及鉚接。產品特征：輕量化效果顯著，可有效提高客車的里程和承載能力，此外產品剛強度高，開發周期短，可以模塊化設計，易實現平臺化生產。零部件產品四門兩蓋汽車輕量化用鋁材解決

7、方案車身上應用的鋁合金主要分為鋁板材、鋁型材和鋁鑄件。其中汽車車身鋁合金板材主要有2個系列，分別為5XXX系和6XXX系?？捎糜诎l動機罩、前翼子板、頂蓋、車門、行李箱蓋、動力電池殼體、車廂板結構或全鋁車殼等。產品介紹6xxx引擎蓋板6xxx汽車外板5xxx汽車內板鋁型材在新能源汽車中的應用在電動汽車上，動力電池包的重量占整車質量的30%左右。汽車輕量化，對動力電池系統能量密度的無盡追求，都對電池包結構設計輕量化提出要求。在電池包系統內部，箱體作為最大的結構件，它的重量減下來，能量密度可以得到不可忽視的提高。在結構優化再優化的前提下，使用新型材質，是電池箱體輕量化的根本途徑。汽車零部件動力電池殼

8、汽車輕量化用鋁材解決方案產品介紹3003方形電池殼3003電池防爆蓋4xxx+3xxx電池液冷板3003刀片電池殼鋁型材在新能源汽車中的應用汽車零部件電池包外殼汽車輕量化用鋁材解決方案主要合金狀態5754-O，對表面質量、板形要求較高，局部沖壓變形較高，對產品各向異性、深沖性能等要求高電池包蓋板 主要合金狀態：5083-O鋁板與6061型材焊接而成，對表面質量、板形等要求較高電池包底板電池包底板零部件產品氫燃料汽車儲氫瓶汽車輕量化用鋁材解決方案氫能源做為一種清潔無污染的能源，是未來能源發展的重要方向之一。2022年氫能產業發展中長期規劃(20212035 年)提出了氫能產業發展各階段目標。車載

9、儲氫技術主要包括高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、固體儲氫和有機液體儲氫，主要應用于乘用車、重卡等交通工具。鋁合金儲氫瓶具有輕量化及節能減排的天然優勢。產品介紹鋁型材在新能源汽車中的應用零部件產品防護系統汽車輕量化用鋁材解決方案前防撞梁后防撞梁 產品介紹：汽車防護產品是用來在車輛受到碰撞時緩和碰撞力、為發動機總成在中、低速碰撞過程中提供防護的一種裝置，其分為防卷入梁、防撞梁兩種。鋁合金防護系統已成為市場主流產品。產品特征：采用6xxx系鋁合金作為吸能盒和防撞梁的材質，潰縮效果好，吸收碰撞能力強；低速碰撞能減少維修成本，高速碰撞有助于提高保護性。鋁型材在新能源汽車中的應用零部件產品底盤零件汽車輕量化用

10、鋁材解決方案底盤副車架產品介紹：在新能源汽車快速發展的趨勢下，汽車底盤零部件產品開始逐步型材化，并且已經得到市場的檢驗與認可，高強度的輕薄鋁合金型材結構件可以替代厚大的鋁鑄件結構和鋼板沖壓件結構。產品特性：此類零件開發難度高，其中合金較硬，型材斷面結構復雜，對型材多面有輪廓度要求，并且公差帶小，需要良好的產品一致性。鋁型材在新能源汽車中的應用零部件產品貨箱貨箱是一種具有獨立的封閉結構車箱，主要用于城市內載運貨物，其材料可采用結構蜂窩板、瓦楞板以及鋁型材三種方案，可有效減輕整車質量，實現輕量化，從而達到節能減排的目的。采用折邊對接的形式可以提高薄壁板材焊接后的強度，另外焊接方式采用內外斷續焊，通

11、過以上兩點可以有效避免焊接缺陷的產生，并且美觀。汽車輕量化用鋁材解決方案瓦楞板貨箱相對瓦楞板方案能有效減少焊接工作量，擁有良好的抗變形能力和外觀質量。結構蜂窩板貨箱主體框架采用矩管型材通過焊、鉚、螺復合連接，形成封閉環，穩定性更高；地板和大梁部分采用異型大截面設計，提高整箱的剛度和強度。型材貨箱零部件產品輕卡車架汽車輕量化用鋁材解決方案產品介紹車架是輕卡底盤主要承力、傳力結構，具有較高的精度和剛、強度要求。鋁合金車架具有明顯的減重優勢。車架總成由左右縱梁、橫梁、縱梁內襯加強筋、備胎支架及板簧支架、減震器支架、發動機支撐梁及外支架、冷卻系統支架等組成。整體采用防脫螺栓進行連接，橫梁單件存在少部分

12、焊接結構?？v梁結構：對縱梁型材壓彎，實現局部橫向擴展；縱梁腹板兩端開工藝缺口，翼板壓合后MIG焊接，實現縱向彎曲。橫梁結構：型材截面集成設計一體成型，減少焊接和裝配量，保證橫梁等關鍵部位強度和輕量化效果。汽車用鋁生產工藝流程及關鍵點控制PART.03Automotive aluminum production process and key point control汽車用鋁生產工藝流程及關鍵點控制鋁板帶-工藝流程冷軋冷軋中間退火中間退火冷軋冷軋/+/+毛化毛化固溶固溶熱軋坯料熱軋坯料DCDC預熱預熱鈍化鈍化涂油涂油PAPA-T4PT4P包裝出貨包裝出貨汽車用鋁板帶生產工藝流程及關鍵點控制汽車

13、板產品類型Inner PanelStructural Parts產品類型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毛化處理在線涂油

14、與檢測表面處理技術汽車用鋁板帶生產工藝流程及關鍵點控制Ti/Zr鈍化處理汽車用鋁生產工藝流程及關鍵點控制鋁型材-工藝流程熔鑄技術熔煉鋁液澆鑄合金設計及配比在線凈化成型均質784mm鑄錠超大規格鑄錠質量提升技術生產難點：成分偏析、組織及晶粒不均勻影響后續產品內部質量；生產方法：通過合金配比優化、外場電磁攪拌技術實現鑄錠質量調控；技術成果：有效提升鑄錠合金元素及晶粒尺寸的均勻程度。有外加磁場無外加磁場汽車用鋁生產工藝流程及關鍵點控制熔鑄技術鑄錠均勻化組織純凈度提升技術生產難點：組織不均勻影響后續產品加工性能及綜合性能指標；生產方法：采用多級均勻化制度等方法對組織實現微觀調控；技術成果：有效提升鑄錠

15、組織均勻程度，可生產第二相細小彌散、分布均勻的優質鋁合金鑄錠。單級均勻化三級均勻化三轉子除氣系統泡沫陶瓷過濾系統生產難點：氣孔、疏松、夾渣等鑄錠內部缺陷具有遺傳性，降低了新能源汽車產品的耐腐蝕性能和機械性能；生產方法：采用三轉子除氣系統、泡沫陶瓷過濾系統復合使用技術；技術成果：有效控制熔體氫含量0.12ml/100gAl，無疏松、氧化膜、夾渣等缺陷，提升了鑄錠內部質量。鋁熔體在線凈化技術汽車用鋁型材生產工藝流程及關鍵點控制擠壓技術概述忠旺集團配備了200余條國際先進的鋁擠壓生產線，其中225MN擠壓機可生產最大外接圓直徑高達1100mm各種復雜大截面的鋁擠壓產品，填補了國內外在高精密、大斷面工

16、業鋁型材加工領域技術空白。技術優勢針對高強高韌產品研發了力學性能高、抗彎潰縮性好的型材產品，工藝控制采用高溫、高速、高淬火強度，以滿足產品對性能的要求。針對壁薄多腔寬幅產品攻克了寬幅可達522mm、薄壁多腔、尺寸精度高的型材生產工藝。工藝控制采用中溫、低速、均勻低強度淬火，避免過大的冷卻速率使產品尺寸超差。汽車用鋁型材生產工藝流程及關鍵點控制連接技術激光焊激光焊是利用能量密度極高的激光束作為熱源的一種高效精密的焊接方法，可進行各類接頭、不同焊接位置的自動化焊接；先進的激光焊接技術可替代傳統弧焊技術，在精度及接頭質量方面均有著顯著的提高，接頭強化系數可達80%左右；激光焊接技術主要應用于新能源汽

17、車電機、電池托盤、前后艙、汽車底板、水冷板、前縱梁等零部件產品焊接生產應用中。技術優勢可實現高精度焊接，且焊縫深寬比可達12:1；非接觸焊接，焊接不需要使用電極；能量密度高、焊接速度快、焊接變形小、熱影響區??；可焊接材質種類范圍大，亦可以實現異種材質焊接；接頭熱影響區窄，焊接接頭力學性能好。電池托盤產品激光焊縫端面全拼汽車用鋁型材生產工藝流程及關鍵點控制連接技術攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊是一種固相連接方式，攪拌頭旋轉插入被焊工件，在攪拌工具的機械鍛造的作用下，實現工件間的固相連接；相比于弧焊，攪拌摩擦焊連接的抗拉強度有5%-10%的提升，塑性將提升近一倍且斷裂韌性將提高30%以上；攪拌摩擦焊接技術主

18、要應用于電池托盤、前縱梁、水冷電機殼等零部件產品焊接生產中。技術優勢固相焊接過程，焊接時不需要保護氣體及填絲；低變形和低收縮，焊縫機械性能優秀，高效、低能耗；焊接溫度低于合金熔點，無氣孔、裂紋與元素燒損；FSW與傳統弧焊相比接頭強度更高，可達到75%左右；產品變形量更小。電池托盤產品FSW焊縫端面全拼汽車用鋁型材生產工藝流程及關鍵點控制機加技術概述機加設備多樣化，可以根據白車身三維彎零件、電池包總成機加、車架多孔縱梁、軌道長直大部件等產品的要求、結構進行合理選配；深研鋁合金型材機加多年，具有豐富的生產經驗，可以根據產品結構、精度要求，編制最優機加程序；輔助配套設施齊全，可快速響應產業化量產需求

19、。技術優勢機加設備精度高，可以保證產品精度要求；機加設備穩定性高，可以持續、穩定作業；設備平臺尺寸多樣化，可以滿足小于70米零件的機加要求。意特利五軸加工中心山崎馬扎克五軸加工中心協鴻數控加工中心設備能力機型工作臺尺寸協鴻三軸1600*800*660mm、1000*450*500mm等意特利五軸20000*250*500山崎馬扎克機床630*1100*600mm ?？宋遢S76000*9000*6700mm汽車用鋁型材生產工藝流程及關鍵點控制表面處理技術鈦鋯無鉻鈍化技術一種新型環保的表面處理方式，在鋁合金產品表面生成膜層，使其具有一定的保護作用。技術優勢防塵、防污的作用，可避免運輸過程中零件的污

20、染；可防止焊接前產品表面氧化；對產品焊接性能無影響。擴孔氧化技術通過調整陽極氧化工藝，擴大型材表面孔隙率，增加膠體與氧化膜的接觸面積，增大粘結強度。技術優勢提升單位面積氧化膜內孔隙率；耐蝕性無衰減；有效提升產品的可粘接性；增強膠接部位力學性能。表面孔隙率膠接件拉伸后形貌汽車用鋁型材生產工藝流程及關鍵點控制忠旺集團簡介PART.04Introduction to Zhongwang Group忠旺集團簡介 公司簡介：天津忠旺鋁業有限公司成立于2011年，占地6平方公里，是全球領先的鋁加工產品研發制造商，產品應用于航空航天、國防軍工、軌道交通、汽車、船舶、城市建設、化工、電力工程、3C、包裝等領域

21、，并推動其輕量化發展。核心業務：忠旺集團現已形成以工業鋁擠壓、鋁壓延、鋁深加工三大核心業務并舉的發展格局。公司資質：天津忠旺憑借豐富的實踐經驗和技術沉淀，已獲得進入航空、鐵路、汽車、船舶等行業在內的多項國際資質認證，為集團在鋁行業的高速發展提供堅實保障。公司介紹忠旺集團簡介集團介紹225MN擠壓機16m臥式淬火爐模具加熱爐WAGSTAFF鑄造平臺(直徑784mm)225MN擠壓模具電火花成型切割機模具加工中心模具加工車間熔鑄擠壓模具壓延深加工熱軋機-粗軋熱軋機-精軋（5連軋）冷軋機冷軋機-三機架沖壓機沖壓模具沖壓五連機ESAB攪拌摩擦焊日本MAZAK五軸加工中心多孔柔性平臺IGM雙槍焊接機器人

22、忠旺集團簡介研發優勢方案設計材料開發工程技術研究測試分析忠旺集團科創中心具備從產品概念設計到樣件試制，從零部件到總成，從單體式結構到一體化結構的開發能力。形成了完整的產品結構設計、材料開發、工程技術研究、新產品中試和測試分析科研體系?？蔀榭蛻籼峁漠a品輕量化設計到量產應用的系統性、一體化解決方案。研發優勢輕量化產品忠旺集團簡介研發優勢中試線單轉子除氣箱4t燃氣熔煉爐納博熱空氣循環爐-時效爐激光焊接表面處理測試分析計量器具-TRIMOS數字萬能測長機成分&化學-熒光光譜儀腐蝕-循環鹽霧腐蝕試驗機力學性能-高速拉伸試驗機、ZWICK疲勞試驗機金相-高溫金相顯微鏡忠旺集團擁有國際一流水平的實驗環境與中試設備共計105臺套。主要檢測和校準設備來自于日本、德國、瑞士、美國等發達國家和地區，設有力學性能、組織相變、無損檢測、化學分析、腐蝕性能及環境表面6個專業檢測實驗區，共計檢測能力73項，其中30項通過CNAS認可，4項通過NADCAP認可；同時具備幾何量、電磁、熱工3大校準實驗區共計校準能力14項，其中9項通過CNAS認可。感謝您的觀看THANKS忠旺集團天津忠旺鋁業有限公司