輕量化引發(fā)的思考-未來(lái)汽車(chē)還要焊接嗎
- 2017-11-09 09:18:00
- 孫輝 原創(chuàng )
- 7887
白車(chē)身焊接是指將各種沖壓件通過(guò)焊接的方式裝配成合格的白車(chē)身總成?,F代汽車(chē)中常見(jiàn)的焊接方式有多種,比如電阻點(diǎn)焊、激光焊、Plasma焊、鉚焊、TIG/MIG焊等,各種焊接方式各司其職,特點(diǎn)不一。
據統計,白車(chē)身中的焊點(diǎn)數目高達4000~6000個(gè)之多,將各沖壓件裝配到一起的同時(shí),還會(huì )額外增加車(chē)身重量。在現代車(chē)身輕量化趨勢之下,關(guān)于焊接工藝的控制手段層出不窮。比如說(shuō)采用仿真分析,對焊接點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化分析,在滿(mǎn)足車(chē)身強度的同時(shí),減少焊接點(diǎn)的數目;采用增重少的焊接工藝取代增重多的焊接工藝,比如說(shuō)激光焊接工藝,以連續的激光焊縫代替離散的點(diǎn)焊縫,可以減少搭接寬度和一些加強部件,壓縮車(chē)身結構件本身的體積。
但是,以上只是在對現有的焊接工藝進(jìn)行改進(jìn),真正顛覆性的改變還未到來(lái)。
近年來(lái)由于燃油危機以及環(huán)境污染等問(wèn)題,車(chē)身輕量化受到越來(lái)越多的關(guān)注。特別是新能源汽車(chē),與傳統汽車(chē)不同,采用了電池作為動(dòng)力來(lái)驅動(dòng)汽車(chē)運行,因此受到了電池重量、續航里程的制約,在車(chē)輛設計和材料應用上,車(chē)身輕量化是車(chē)企首要考慮的問(wèn)題?;诖嗽?,各大汽車(chē)公司紛紛推出應對策略,希望尋求新的車(chē)身材料,達到減輕車(chē)重的目的,其中碳纖維和鋁合金是討論最多的材料。
我們先來(lái)看以下案例:
2015年02月13號,福特汽車(chē)公司宣布,將與美國陶氏化學(xué)合作,研究制造創(chuàng )新性碳纖維復合材料,在未來(lái)的產(chǎn)品上用使用;
日本東麗工業(yè)與戴勒姆分別持股50.1%、49.9%成立合資公司,于2012年起生產(chǎn)碳纖維加固塑料制成的汽車(chē)零部件;
通用汽車(chē)公司和日本的碳纖維制造商帝人公司于2011年12月8日宣布,他們將共同開(kāi)發(fā)先進(jìn)碳纖維/熱塑性復合材料技術(shù);
鋁軋制品巨頭諾貝麗斯(NovelisInc.)在全球大幅擴張汽車(chē)用鋁板的產(chǎn)能,該企業(yè)在北美、歐洲業(yè)務(wù)拓展的基礎上,于2014年底建成了亞洲第一條汽車(chē)專(zhuān)用鋁板生產(chǎn)線(xiàn)(常州);
美國市場(chǎng)研究機構Ducker的一份報告稱(chēng),盡管目前僅有1%的汽車(chē)為全鋁車(chē)身,到2025年全球將有18%的汽車(chē)為全鋁車(chē)身。
那么,隨著(zhù)新材料的興起,傳統的焊接工藝是否會(huì )受到影響呢?
答案是肯定的,比如說(shuō)鋁合金就因其易氧化、熱導率和比熱容高、線(xiàn)膨脹系數大、合金元素易揮發(fā)等缺點(diǎn),對傳統的焊接工藝就產(chǎn)生了極大的挑戰。
近年來(lái),在一些高端車(chē)型中出現了一種新的膠接技術(shù),與傳統的輔助焊接手段不同,旨在以鉚接和膠接技術(shù)相結合或僅采用膠接技術(shù),來(lái)大量減少或全面取代焊接工藝。比如說(shuō)捷豹T-TYPE,全鋁車(chē)身結構完全采用鉚接和焊接。F-TYPE的白車(chē)身重量?jì)H為261Kg,而一般車(chē)身重量則有300Kg左右,減重了近40Kg。
由于鋁合金材料是金屬材料,在強度、塑性、重量上受到限制,采用完全膠接的方式還是比較難以實(shí)現的,現使用這種手段的車(chē)型僅有捷豹T-TYPE、路特斯Elise等車(chē)型。但是作為“可塑性”以及強度更高的碳纖維材料,這方面的難度就減小了很多。比如說(shuō)配備碳纖維車(chē)身的寶馬i系列電動(dòng)車(chē),車(chē)身的粘合是通過(guò)長(cháng)達160米的膠水來(lái)完成的。
2005~2014這十年間,寶馬集團從寶馬M家族車(chē)型開(kāi)始逐步加大碳纖維復合材料的應用,積累了豐富的研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗。而寶馬i產(chǎn)品的車(chē)身則是完全由碳纖維打造,用編織、成型、粘接工藝取代了傳統金屬車(chē)身的沖壓、焊接工藝。
如果說(shuō)鋁合金技術(shù)是現在,那么碳纖維技術(shù)很有可能就是未來(lái)?,F在碳纖維技術(shù)存在成本高、可修復性難等問(wèn)題,但這并不是不能解決。在各大車(chē)企的共同努力下,成本問(wèn)題得到了一定的改善。比如說(shuō)國產(chǎn)車(chē)型奕代T300,就配備了碳纖維單體殼車(chē)身,售價(jià)僅為12萬(wàn)元。
又或者是陶氏汽車(chē)系統在碳纖維粘接解決方案上的創(chuàng )新成果——BETAFORCETM復合材料結構膠注射粘接技術(shù)。該技術(shù)是通過(guò)調整開(kāi)放時(shí)間和周期時(shí)間等參數,在不影響機械性能的條件下按照客戶(hù)的特殊生產(chǎn)要求進(jìn)行定制結構膠,幫助客戶(hù)提高其裝配效率。應用注射粘接技術(shù),碳纖維部件得以更廣泛地應用于多種材料的裝配,有效支持汽車(chē)制造商的輕量化策略。該技術(shù)現已成功應用于寶馬集團最新推出的寶馬7系中(2016款)。
以上,車(chē)身輕量化是大趨勢,在這種趨勢下引發(fā)的對各種新材料、新工藝的研究層出不窮,傳統的白車(chē)身焊接工藝必將受到車(chē)身輕量化潮流的影響,或許真有某一天,連普通民用車(chē)的白車(chē)身都不會(huì )采用。
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