从复合材料到金属材料数据库的几种新技术 ——在汽车轻量化进程中的几种新技术

在德国举行的汽车轻量化峰会期间,汽车工业供应商和技术开发服务商向与会者展示了能够帮助汽车工业减轻汽车重量的各种材料。无论是夹层板、有机板或者是高强度钢板,虽然从技术上无懈可击,但是成本变成了选用的重要考量因素。

Airex公司的复合材料

Airex公司的复合材料 在两届“汽车工业轻量化制造峰会”上,与会者都能详细地了解汽车制造用材料的最新发展情况。Airex公司产品管理经理Philipp Angst先生在他的报告中集中介绍了夹层板技术:“在复合材料夹层板中,我们将两种不同的轻量化减重策略融合到一起了。我们将轻量化材料和轻量化结构相互结合,从而最大限度地减轻了夹层板的重量。”根据Philipp Angst先生的介绍:通过这种夹层结构使得夹层板可以在弯曲时有非常高的刚性和强度。因此,这一技术是最适合汽车工业领域的了。 众所周知,雪佛兰Corvette和凯迪拉克Roadster两款轿车的地板使用了来自于Airex公司生产的玻璃纤维复合材料。这样的地板不仅重量轻,而且还能很好地吸收车外的噪声。玻璃纤维复合材料的第二个用途是制造汽车的内饰部件和其他组件,例如车门内饰板。玻璃纤维复合材料制造的车门内饰板重量减轻了40%,但厚度增加了1 mm。究其原材料,我们会发现Airex公司是利用羊毛生产这种玻璃纤维混合物的。生产过程中首先将原料加热到180~200℃,然后将纤维混合物压制成材。“如果将这一技术用于整辆汽车的制造则可以减轻5 kg的质量。” Angst先生说。

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图1 有机板是制造折叠式后排座椅的最佳材料

博泽公司的有机板座椅

Brose公司的有机板座椅 Brose公司Andrea Bauchersachs先生第二个发言,他在报告中介绍了有机板座椅的结构。Bauchersachs先生认为这种有机板是一种非常好的材料,如图1所示,它的密度较小,并且在力学性能和纤维成本方面有着最佳的折中。另外,检测结果也证明了它具有很高的能量吸收能力。“基于其热塑性的基质,因此在综合注塑技术中有着很大功能集成的潜力。这也就使它非常适合于大批量生产过程。 在汽车制造业,后排座椅向来备受重视。通过折叠后排座椅,可以达到有效扩展车内储物空间的目的。迄今为止,折叠后排座椅的零部件一直都是用钢材制造的,重达4 kg。但是使用了Brose公司的产品后,后排座椅的重量可以大大减轻,如图2所示。 Bauchersachs先生最后强调,采用新材料制作的后排座椅折叠机构在成本与减重两个考虑因素达到了一种平衡。显然,这样做的好处多多:“现在的产品重量只有1.5 kg,与钢制机构相比较,节省了12个零件和三道焊接工序。“将热成形和注塑成型工艺技术结合到一起的一次性生产过程让后排座椅折叠机构也将钢质零部件集成到一起了。”Bauchersachs先生说道。

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Brose公司的有机板座椅

EOS公司的3D增材技术

轻量化峰会的最后一个演讲者是EOS公司的汽车业务发展经理Fabian Krauss先生。他在演讲报告中介绍了怎样在大批量生产过程中使用增材制造技术。在准备大批量生产某种零件时首先要找到最合适的加工工艺:例如EDAG汽车设计公司利用3D打印技术生产某品牌的轿车轻量化结构件,实现了功能集成。 Fabian Krauss先生解释道:公司在合作伙伴的帮助下实现扩展材料多样性应用的目标,并且发现了原有材料的新用途。EOS公司与合作伙伴AM Metals公司合作开发了一种新的铝合金材料,满足了EOS公司重载荷零件生产制造的需要,例如气缸盖燃烧室顶部嵌入件制造。根据Krauss先生的说法:3D打印技术将在未来的三四年内成为汽车制造领域中的一项关键技术。

塔塔公司的新钢种

在第二届材料展会上,Tata钢铁公司的Paul Cremers先生介绍了名为XPF 1000的新钢种。由于这种钢材有着高达1 000 MPa的强度,因此它非常适合于制造汽车悬架、底盘零部件。Tata钢铁公司已经完成了汽车底盘用横臂和多连杆结构的钢材应用研究。 XPF 1000钢的金相组织是一种具有纳米析出物的单相铁素体组织。Cremers先生介绍说:纳米析出物将钢材的强度提高了300~400 MPa。Tata钢铁公司打算在电动汽车生产中使用这种钢材:由于电动汽车没有了发动机,因此设计师们就要采取相应的措施提高车辆前端的结构强度。与此同时,Cremers先生还展示了另一个应用领域:“我们希望用XPF 800来取代XPF 1000。”因为XPF 800可以制成更薄、更轻的板材。新品并不是遥不可及的实验室产物,到2018年年底时就可以大批量地生产新型号的钢材了。

AP&T公司和铝合金型材加工设备HForm

瑞典机床生产商AP&T公司的Michael Machhammer先生介绍了荣获Enlighten大奖的铝合金型材加工设备HForm。整套设备由一台液压机以及AP&T公司自主开发的加热和回火工艺设备组成,是一台铝板热成形加工的多功能生产设备。该设备可以加工6000系列和7000系列铝合金板材,并能确保热成形后的板材有着很小的弹性回弹。为保证设备性能的可靠性,AP&T公司与Esi公司和埃尔朗根大学一起进行了大量的模拟实验和测试。

Key to Metals公司的金属材料数据库

Key to Metals公司的Petros Michos先生在他的演讲中介绍了自己的材料数据库“Total Meteria”。这一金属材料数据库包含了54万多种金属材料的数据和信息。Michos先生说:Total Materia是业界唯一通过了国际标准ISO 9001和17001认证的数据库。该数据库中也包含了CAE计算机辅助工程分析计算和FEA有限元分析计算所需的性能数据。该系统还可以集成到各种软件中使用,例如集成到Catia三维设计软件或Simufact软件。Petros Michos先生坚信:当您使用了Key to Metals公司的这一工具软件之后,工程师们就不再需要Excel和CAE程序中的手动数据维护了。

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