Copyright 2017-2024 微學(xué)堂 版權(quán)所有 京ICP備18049689號-30
車身輕量化一直是車身設(shè)計(jì)中重點(diǎn)關(guān)注的一項(xiàng)內(nèi)容，輕量化主要通過三個途徑：零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工藝、材料。
本文重點(diǎn)介紹白車身輕量化的材料發(fā)展及對應(yīng)連接技術(shù)的發(fā)展，下面以奧迪發(fā)展進(jìn)程為例來了解白車身用材發(fā)展現(xiàn)狀及用材趨勢。
奧迪ASF車身
一、國外輕量化車身發(fā)展過程
1、第一階段：鋁合金覆蓋件開發(fā)階段
這個階段除了對高強(qiáng)鋼及超高強(qiáng)鋼的應(yīng)用，熱成形鋼逐步用于車身（ 熱成形是指將鋼板經(jīng)過950°C的高溫加熱之后一次成形，又迅速冷卻從而全面提升了鋼板強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度達(dá)1000Mpa之高），還有少量鋁合金覆蓋件的應(yīng)用。典型的車型代表為奧迪A3車型。
零部件用材方面，機(jī)蓋、翼子板使用鋁合金材質(zhì)（3.2%），后座椅橫梁、中通道、A柱、B柱、機(jī)艙縱梁后段、前圍下板、后地板橫梁和后地板縱梁等位置采用熱成形鋼（21.7%）。
2、第二階段：鋁合金外覆蓋件成熟應(yīng)用階段
這一階段，外覆蓋件大量采用鋁合金，同時鋁板、鋁型材、鑄鋁開始應(yīng)用，熱成形鋼比重相對減少，典型的車型代表是奧迪A6車型。
零部件用材方面，外覆蓋件和前后防撞梁（鋁型材）應(yīng)用鋁合金。鋁合金用量較第一階段增加至18%，中通道、座椅橫梁、A柱和B柱等位置保留熱成形鋼（保證碰撞性能及強(qiáng)度），熱成形鋼的用量比例減少至11.3%。
3、第三階段：全鋁車身開發(fā)應(yīng)用階段
奧迪TT白車身用材
這個階段，車身外覆蓋件、車身結(jié)構(gòu)件對于鋁的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)較高的上升，輕量化效果顯著，高強(qiáng)鋼和軟鋼板的用量急劇減少，一些強(qiáng)度要求高的部位使用熱成型鋼，典型的車型代表是奧迪TT車型。鋁合金用量由18%增加到35.8%，軟鋼應(yīng)用量由35.2%下降到5.3%。
4、第四階段：多材料混合應(yīng)用階段
奧迪Q7白車身用材
這一階段以鋁合金為主要車身材料，鋁型材和鑄鋁件大量應(yīng)用到車身結(jié)構(gòu)件。高強(qiáng)鋼、軟鋼和碳纖維為輔助用材，典型的車型代表是奧迪Q7車型。鋁合金用量較上一階段由35.8%增加到49.9%，熱成形鋼的用量減少至9.2%。
奧迪車型矩陣
二、車身用材比較及發(fā)展趨勢
奧迪白車身用材比例
高強(qiáng)度鋼板與鋁合金板材特性對比
鋁合金減重效果與成本增量圖
分析奧迪用材趨勢如下：
鋁合金用量上升，由3.2%上升到49.9%，熱成形鋼整體用量下降，由21.7減少到9.2%軟鋼用量下降，由35.2%下降到10.3%。
目前大部分主機(jī)廠對鋁都有一定應(yīng)用，主要集中在機(jī)蓋、行李箱、防撞梁等處，而隨著輕量化的發(fā)展，國內(nèi)的蔚來、愛馳、leaf、小螞蟻、部分A0級車型對鋁的用量處于領(lǐng)先水平，部分覆蓋件使用了更輕的塑料件，來實(shí)現(xiàn)整車的輕量化。
三、車身多材料連接技術(shù)
四個白車身的發(fā)展階段，每個階段都有與之相應(yīng)的多材料連接技術(shù)：
奧迪A8連接工藝應(yīng)用圖
根據(jù)奧迪車身發(fā)展的四個階段，所對應(yīng)的多材料連接技術(shù)發(fā)展階段如下：
1、第一階段：應(yīng)用的連接技術(shù)主要是無鉚連接和鎖鉚連接（SPR）。
主要應(yīng)用在機(jī)蓋及翼子板，無鉚連接適合于不同金屬材料及不同厚度連接，過程簡單，一步完成且不需要預(yù)先打孔，能耗低，但連接強(qiáng)度略低。鎖鉚連接（SPR）具有很高的動態(tài)疲勞強(qiáng)度（約為焊點(diǎn)的2倍），碰撞吸收的能量較焊點(diǎn)高，鉚接材料組合廣泛，不過鉚釘增加了車身自重。
2、第二階段：應(yīng)用的連接技術(shù)增加了自攻螺絲（FDS）、激光焊接和鉚接螺母螺柱。
FDS機(jī)械強(qiáng)度高，動態(tài)連接強(qiáng)度高，單面連接，可拆卸；激光焊接速度快，焊點(diǎn)排布方式更靈活。鉚接螺母螺柱可集成在沖壓模具中，減少工序，靜態(tài)和動態(tài)載荷高，對涂層無損傷，適用板材范圍廣，鉚點(diǎn)可以防液、防氣，防止腐蝕，成品也容易檢驗(yàn)；劣勢是一次性投資大，連接高強(qiáng)度鋼板時需預(yù)先開孔，工藝繁瑣。
3、第三階段：因?yàn)殇X應(yīng)用的加大，連接技術(shù)增加MIG焊和鋁合金點(diǎn)焊。
MIG焊主要應(yīng)用在A柱、B柱、頂蓋橫梁、減振塔等部位，擁有更優(yōu)的保護(hù)氣氛、焊絲無焊渣，可焊接鋁合金，但成本較高，操作難度大，易變性，鋁合金點(diǎn)焊主要應(yīng)用于白車身及外覆蓋件，優(yōu)勢是生產(chǎn)一致性高，表面質(zhì)量高，變形小；缺點(diǎn)是需對原有鋼產(chǎn)線進(jìn)行大幅度改造，設(shè)備投入高，因此目前主機(jī)廠應(yīng)用少，借鑒點(diǎn)少。（凱迪拉克及特斯拉對鋁點(diǎn)焊有應(yīng)用）
4、第四階段：應(yīng)用了摩擦塞鉚焊（FEW）。
摩擦塞鉚焊可以解決鋁合金與高強(qiáng)鋼、熱成形鋼之間的連接，且不需預(yù)先開孔，可以和膠混合使用，缺點(diǎn)是需要額外的緊固件，增加了自重，另外頭部凸起2.5?mm需預(yù)防干涉，潮濕環(huán)境還需要在頭部一側(cè)增加PVC密封膠。
四、國內(nèi)連接工藝應(yīng)用概況
國內(nèi)在定位稍高車身上對于TOX、SPR、FDS、激光焊接、CMT、MIG有較多應(yīng)用，對于價格定位較低多以MIG、TOX、SPR、MIG、拉鉚等為主要連接工藝（受限于車身結(jié)構(gòu)及材料限制，對應(yīng)連接工藝有一定調(diào)整）。