汽车一体化压铸技术有什么优点

武警特警2022-07-06  30

中汽协最新数据显示,2021年,我国汽车产销分别达到2608.2万辆和2627.5万辆,同比分别增长3.4%和3.8%,结束了下滑趋势。汽车销量强劲反弹,意味着中国汽车保有量已突破3亿辆。同时,全球变暖对人类和地球生态构成重大威胁,对人类的可持续性提出重大考验。世界各国对全球变暖的严重性逐渐达成共识,许多国家将“二氧化碳峰值排放,碳中和”上升为国家战略。双碳目标也迫使主机厂和供应商探索新的技术路径来实现节能减排。

业内发现,整车重量降低10%,油耗可降低6%-8%,汽车排放可降低10%。此外,轮胎的使用寿命可提高7%,加速时间和制动距离可缩短。轻量化不仅给节能减排带来了福音,还提高了驾驶舒适性。因此,在需求的推动下,汽车轻量化压铸技术的渗透率将继续提高。

材料、工艺和结构寻求最优解。

为满足汽车轻量化压铸的技术要求,目前,行业在材料、工艺和结构设计三个方面有所突破:

在材料方面,用于汽车轻量化的材料主要有:高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料。从减重效果来看,高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料之间的减重效果在增强;从成本来看,四者之间有增加的趋势。

综合四种材料,可以发现铝零件重量更轻,具有更好的可挤压性、耐腐蚀性和可回收性。在减重的同时,铝合金可以实现更好的制动性,更好的操控性,更好的驾驶舒适性,更出众的动力。目前,铸造铝合金约占汽车铝的77%,因此铝合金材料将在相当长的一段时间内得到广泛应用。

在技术上,几乎所有知名的汽车制造商都采用了激光拼焊技术,采用不同厚度的轧制板材,通过计算机实时控制调整轧辊之间的距离,从而获得按照预设厚度沿轧制方向连续变化的板材。特斯拉的集成压铸技术引领着制造工艺和材料的创新。

图片来源:electrek.co

此外,汽车技术中还有内部高压成形(液压成形)制造技术;超高强度钢的热冲压成形技术:滚压成形技术:高压铸造技术;低(差)压铸成型技术和汽车轻量化连接技术。

在车身结构轻量化方面,即通过采用先进的优化设计方法和技术手段,在不影响车身基本状态的情况下,通过优化车身结构参数,提高材料利用率,去除多余零件,同时使零件薄、中空、小、复杂以减轻重量,实现轻量化。根据设计变量和优化问题的类型,轻量化结构可以分为拓扑优化、尺寸优化、形状优化和形状优化四种类型。

中国汽车轻量化的起点是从高强度钢、铝、复合材料等新材料的应用开发入手,通过材料、设计、技术的共同作用,实现减重三步走的目标。近年来,我国铝合金压铸件产量逐年增加,发展迅速。在汽车轻量化趋势的推动下,全球铝合金压铸市场需求巨大。近年来,汽车工业在不断优化升级,逐渐用铝铸件取代灰铸铁铸件,从而刺激了对铝合金压铸件日益增长的需求。

固鼎鑫催化压铸优质履带

2018年,中国汽车工业将消耗384万吨铝,其中乘用车消耗72%。预计到2030年,铝的消费总量将以8.9%的年复合增长率增长,达到1073万吨。结合市场可以发现,广东宏图、文灿等铝合金压铸履带龙头企业表现抢眼,市场信心十足。随着政策驱动和汽车行业对轻量化的迫切需求,铝合金压铸市场容量有望扩大,材料准备和设计能力强、技术先进的铝合金压铸企业发展潜力巨大。

根据Duckerfrontier发布的欧洲乘用车铝消耗量报告,乘用车各部位的发动机、车轮、变速器、底盘和热传递对铝的需求量较大,分别为70.2、64.2、32.3、31.4和31万吨,发动机和车轮的铝消耗量占汽车总铝消耗量的45%。为了满足汽车轻量化的需求,目前铝合金压铸产品主要用于汽车底盘、三电系统和白车身。

图片来源:东方证券

2021年,中国新能源电动汽车销量突破300万辆,呈现超预期增长。随着电动汽车产量的不断加快,电池盒和电机外壳的平均用铝量将快速增加。2021-2025年,电气化部件将是铝合金压铸产品的主要增长领域,电池箱和车身将是铝消费量平均增长的最大受益者。其中,电池箱的铝消耗量占未来铝消耗量平均增量的近三分之二。

底盘承载了车身70%的重量。轻量化的底盘有助于减轻簧下重量,从而提高汽车的加速性能、操控性能和舒适性。目前底盘轻量化的主要方式是以铝合金代替钢材。中国工业信息网数据显示,2020年中国汽车市场铝合金转向节、副车架、制动钳、控制臂渗透率分别为15%、8%、40%、5%,推广范围广空。国内很多铝合金精密压铸企业都在底盘轻量化领域布局。随着汽车轻量化需求的不断增加,预计铝合金零部件将加速在底盘领域的渗透,相关零部件公司有望继续受益于底盘轻量化趋势。

不愿这样做,BIW有一个很大的轻量化前景。

汽车车身是整车重量占比最高的部分,也是轻量化潜力最大的领域。在传统汽车中,用高强度钢代替普通钢可以减重11%左右,而使用铝合金可以减重40%左右。轻质材料减重效果显著。鉴于汽车车身的强度要求、轻量化材料的价格和加工工艺水平,钢材作为汽车车身主材的地位短时间内难以撼动。

图片:盖世汽车

目前,一些先锋汽车制造商如迈锐森、宗申动力、艾克迪等正在通过布局一体化压铸技术解决车身轻量化问题。在制造工艺端,该技术可以使车身一次成型,大大简化了制造工艺,避免了大量零件连接带来的累积误差,提高了制造精度,节省了大量调试时间和金钱成本。在材料方面,传统汽车制造工艺广泛使用易于冲压焊接的钢材作为车身材料,而在一体化压铸技术中,易于压铸的铝合金将成为主体材料,这将带动铝合金部件在整车中的应用增加,解决铝合金材料屈服强度、抗拉强度和延伸率低导致的冲压-焊接-涂装-总装困难的问题,进一步提高汽车的轻量化程度。目前,精工压铸已签约采购一套8000T超大型压铸岛,并部署了整体式车身结构的RD和生产,旨在利用整体式压铸减轻重量、简化生产工艺、减少劳动力。

然而,除了材料特性,铝合金车身最大的性能挑战是NVH和碰撞性能的提高。铝合金的密度只有钢的三分之一。如何在不增加铝合金材料的情况下,提高汽车的隔音效果和碰撞安全性,成为行业难题。

产品+技术车身制造什么时候才能轻量化?

根据中国汽车工程学会发布的节能与新能源汽车技术路线图,到2025年,汽车需要减重30%,要扩大铝、镁合金、碳纤维增强复合材料在汽车车身上的应用。结合汽车车身领域,使用铝合金材料已成为未来汽车车身发展的趋势。同时,我国氧化铝和电解铝产量均为世界第一,这也为我国铝合金压铸行业的发展提供了良好的发展基础。技术上,集成压铸还处于导入期,未来如何发展还没有决定。蔚来等新势力正在积极尝试这方面。

白车身是汽车最重要的基础部件。随着汽车工业技术水平的提高,白车身领域的相关技术也在不断完善,新材料、新工艺、新设计理念不断涌现。无论是在传统能源汽车领域,还是新能源汽车和未来智能网联汽车领域,车身技术始终是汽车性能的核心部分。

如何打破BIW在技术、材料、结构设计等方面的壁垒?,真正实现轻量化,急需业内不断讨论。为了全面把握趋势,在挑战中寻找突破口,盖世汽车特别举办了2022年第二届汽车车身大会,诚邀业内有识之士共同研判发展,共谋未来。

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