材料研究学报

如何搭上“双碳”的顺风车?汽车轻量化材料和 

来源:材料研究学报 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2022-07-13

参考文献:

材料轻量化是通过汽车材料选型,实现多材料混合,在正常结构中的合理分布,实现自重的减低;

焊装:冲压加工出来的白车身零件被人工或者设备自动放入特定的焊接工装上,焊接机器人或者工人通过焊接设备把不同的冲压零件焊接成分总成,然后将分总成焊接成总成,最后总成被焊接成完整的白车身。

图片来源@视觉中国

当前一体化压铸变革主要应用于新能源汽车型开发,特斯拉是一体化压铸车身应用的先锋,大型压铸机将 Model 3后底板所需的70个零部件,通过一体压铸,整合成 Model Y上只需要2个零件。同时,一体化压铸在电驱动系统上也有所体现,随着电驱系统集成更多功能,电驱动壳体的设计也将从独立式走向集成式一体化设计。如今,蔚来、小鹏、理想也紧随特斯拉布局一体化压铸。

此外,使用铝合金材料也更为环保。根据头豹研究院数据,采用铝制材料为主的汽车,所排放的温室气体总量为kg,低于常规材料的kg和高强度钢的kg。

设备及模具方面:压机环节目前供不应求,力劲在交付、订单及在研项目层面较为领先,布勒与海天均有6000吨压机交付; 模具环节,广东型腔已获得较多Tier1(或主机厂)订单,文灿雄邦具备自制能力;

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但是铝合金的制约也很明显:如果采用铝合金替代钢材,白车身确实可降重1/3左右。以奥迪A8为例,因采用全铝车身,白车身重量仅为215kg。但由于铝金属导热系数大,易造成焊缝性能下降、合金表面氧化层污染电极的问题,并且铝的热膨胀系数高易导致零件变形大。

由此可见,乘用车铝合金市场空间广阔,2025年车均用量接近翻倍(139kg-350kg)。那么根据测算,2025年国内车用铝合金市场空间约为1362亿元,2020-2025年CAGR为17.1%,其中三电系统/轻量化底盘/车身结构件2020-2025年CAGR分别为62%/25%/72%。

但如果说未来铝合金结构件渗透有望从底盘+三电提升到整个白车身的话,则单车提升价值约在元。

在说在压铸之前,我们简单介绍下汽车制造传统四大工艺:冲压、焊装、涂装、总装。

部件方面:目前主要以本土企业为主,虽然有特斯拉等主机厂自制,但长期看随产业链成熟后我们认为仍然是Tier1主导。

文|昆仲资本

一体化压铸工艺复杂,全工艺要素均有较高要求。压铸工艺对生产合格的汽车结构件十分重要,正确地选择压射模式、压射参数等有利于减少压铸件中的缺陷。压铸件中的气体有相当一部分来自金属液在压室中的预充填阶段,所以应充分注意优化慢压射阶段的压射模式,避免金属液在压室中卷入气体。

材料配方是一体化压铸技术的核心竞争点。一体化压铸对铝合金材料的性能提出更高要求,压射的合金熔液需具备良好的流变性能、较小的线收缩率和较小的凝固温度区间。复杂的材料配方大幅提升了一体化压铸的技术门槛,成熟掌握合金原料配方的企业在一体化压铸市场具备明显优势。

从目前国际通行的研究方向来看,轻量化的技术方向包括:“结构轻量化、材料轻量化、工艺轻量化”三个维度,但是整体是在围绕车用材料进行升级与完善:

由此,考虑到成本、减重性价比及安全性能等综合因素,铝合金材料成为了当前应用最为广泛、渗透最快的材料之一。?

总装:总装是汽车四大工艺的最后一个工艺。总装线主要有内饰线、底盘线、 外饰线等。油漆车身从涂装车间出来之后会进入总装线,会进行车门、线束、安全气囊、仪表板、前后桥、发动机、轮胎等各种外饰、内饰、电子部件等零部件的安装。

仍以奥迪A8为例,其车身制造需要包括MIG焊、远程激光焊等在内的14种连接工艺,工艺复杂度远高于以电阻焊为主的钢制白车身。

由于压铸件在汽车领域的用量占比最高,因此,在铝合金的大趋势下,压铸工艺也有待变革。

结构轻量化是找到有效载荷传递路径、最佳材料分布,提高整体结构性能和结构设计效率;

涂装:白车身从焊装车间出来之后将会进入涂装车间,白车身在涂装车间会经过电泳、中漆、面漆3个处理工序。

安·兰德(Ayn Rand)在她最著名的小说《阿特拉斯耸耸肩》(Atlas Shrugged)中描绘了一款跨时代的“里尔登”合金产品——使用这款产品造出的火车,时速可以由60公里/时,提高到100公里/时,车身重量是原来的1/5,效率可以提升10倍。

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