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汽车减重,蒂森克虏伯是怎么做的?

2017年9月18日 13:45:53来源:作者:

 ​      蒂森克虏伯欧洲公司是欧洲第二大冷轧汽车板生产企业,主要生产线位于德国诺伊维德、多特蒙德、贝克维尔特等工厂。蒂森克虏伯冷轧汽车用钢海外生产线主要在中国,其与鞍山钢铁合资在大连和重庆建设的热镀锌生产线产能共计125万吨。蒂森克虏伯还在工程、电梯等业务中开展了解决方案研究和应用。

为了全面提升冷轧汽车板业务的盈利能力,蒂森克虏伯于2009年开展了菜单式InCAR汽车轻量化解决方案及其后续InCAR+解决方案研究。

 

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汽车板产品处于市场领先地位

 

蒂森克虏伯德国本土汽车板生产商是欧洲钢铁。为强化汽车板的市场竞争力,欧洲钢铁构建了专业化生产体系。蒂森克虏伯欧洲钢铁在德国本土有9条热镀锌生产线、6条电镀锌生产线、5条冷轧带钢生产线,其中贝克维尔特、多特蒙德、诺伊维德为冷轧汽车板专业生产线。

 

蒂森克虏伯可提供电镀锌、热镀锌、热镀锌合金化、锌镁镀层和铝硅5种镀层的冷轧汽车板。冷轧汽车板的品种有软钢、传统高强钢、先进高强钢中的复相钢、热成型钢四大系列,具体包含深冲钢、低合金钢、高强IF钢、烘烤硬化钢、加工硬化钢、双相钢、复相钢、TRIP钢、热成型钢9大类品种。

除了冷轧产品外,蒂森克虏伯还生产热轧汽车板,如DP-550/600/700热轧态双相钢、CP-W 760/800/1000 热轧态复相钢、TPN-W 热轧态纳米三相沉积钢、Ms-W1180T 热轧态马氏体钢、FB-W450/600为热轧态铁素体贝氏体高扩孔钢;热成型钢有铝硅镀层产品及热轧产品。

除以上品种外,蒂森克虏伯重点开发了三明治钢板(LITECOR),应用于车门等部件。

可以看到,蒂森克虏伯在汽车用板材方面不仅提供冷轧板,而且也提供热轧汽车板和汽车用硅钢和复合板材。此外,其还在镁合金板带生产方面处于领先地位。

 

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多样化的汽车板解决方案研究经验

 

冷轧汽车板解决方案能力,从材料层面来看,包括材料与应用指南;从材料应用来看,包括整车和部件设计与选材、整车和部件的测试与评价;从评价来看,包括整车和部件的生命周期评价等。因此,冷轧汽车板解决方案能力是钢铁企业汽车板供应能力的综合体现。

 

蒂森克虏伯在冷轧汽车板解决方案研究方面积累了多年经验。一是其参与世界钢铁协会汽车用钢项目部的超轻汽车车身、超轻汽车概念车、未来钢质汽车等项目,因此,蒂森克虏伯研究的解决方案能紧跟汽车行业和钢铁行业的最前沿课题,并将自身优势品种推荐给项目组。二是在整车用材、车身与部件设计、合作研发、工艺选择与模具选择、零部件工艺路径选择、成本评价、零部件和整车生命周期中的CO2排放评价等方面,蒂森克虏伯与汽车生产企业和科研机构开展广泛合作。三是蒂森克虏伯可提供车身和悬架系统的创新解决方案,还能够对发动机以及动力传动系统进行优化。四是蒂森克虏伯不仅关注当前的主流内燃汽车,而且对未来新能源汽车的动力系统也进行研究,并提出了方案。

另外,在材料的生产、研制与应用方面,蒂森克虏伯研发了汽车动力系统的用材和表面处理技术;率先研制出先进高强度汽车板中的特殊品种,如LITECOR三明治板、三相纳米沉积钢;致力于其他相关材料的研制与应用,如镁板的应用,蒂森克虏伯走在了全球钢企的前列,是首家能够提供汽车用镁板的钢铁企业,同时在一些部件上采用了复合材料。为了使材料更为便利地为汽车用户所使用,蒂森克虏伯还编制了产品应用指南。

 

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InCAR方案:对汽车3大系统16个主要部件开展轻量化设计

 

汽车行业需要通过降低汽车重量来降低燃油消耗和CO2排放,提升汽车安全性。为了满足此项需求,蒂森克虏伯开展了汽车设计创新项目(InCAR-Innovations in automotive design),通过对汽车车身、悬架和动力系统进行技术创新实现上述目标。蒂森克虏伯欧洲钢铁联合了15个不同地区的8家企业,与汽车用户联合开发,动用100余名研发人员投入到InCAR项目的研发之中。参与该项目的企业包括专门从事汽车材料开发、设计、零部件制造,以及汽车零部件装配线、模具和原型研究的多家公司。该项目为汽车车身、底盘和动力总成提供了新的菜单式解决方案。

 

InCAR项目以2009年市场中级车中的高档SUV广泛使用的车型为样本车进行对比研发。通过该项目和后期的InCAR+项目研究,蒂森克虏伯从轻量化效果、成本和功能3个层面进行改进和提高。InCAR解决方案的总体目标,一是要降低车重,二是要降低成本,三是汽车功能要得到较大提升。而后期的InCAR+解决方案则主要侧重于车身重量降低,成本和功能相对提升。

InCAR项目2009年启动,2013年完成。该项目对车身、悬架、动力系统进行了30多项创新,并且通过试验验证这些创新的解决方案的成熟性和可靠性。研究过程中,蒂森克虏伯与汽车行业专家在材料开发、工程应用、零部件产品、装备、原型车以及加工模具方面进行了协同研究,并建立起跨学科的统一标准,对InCAR项目研究的成本、效率和生产可行性进行验证。验证的内容主要包括:安全性测试———对新开发的结构件进行耐久性和碰撞安全性模拟和实际测试;零部件生产可行性验证———在设计过程中,利用数值模拟软件对80%以上的部件进行设计模拟和优化;创新过程的经济性评价———基于当前的材料、装备、模具和制造工艺的成本现状,对所有部件及装配进行综合成本分析;整车生命周期和零部件排放评价。

InCAR解决方案对车身、悬架、动力总成3大系统的16个主要部件进行了轻量化设计,部件如下图所示。

针对每一个部件,InCAR项目组都给出了1种以上解决方案,如B柱和前纵梁就分别给出了6种和5种解决方案,供用户选择。每一种解决方案都标明了样本车的用材及重量,InCAR解决方案的用材及轻量化效果、成本和排放情况。

 

表1为InCAR项目对B柱的菜单式解决方案。样本车采用的是2.2mm和2.0mm厚度的热轧DP600钢。InCAR研究了6种不同方案的B柱。可以看到,每一种方案针对不同的用材结果不一,汽车用户可根据自身情况选择使用。

在完成InCAR项目后,蒂森克虏伯又进行了InCAR+项目研究,进一步研究了内燃式汽车和电动汽车的轻量化问题。2014年,该成果发布。InCAR+项目针对整个价值链进行研究,主要研究了大批量生产过程中的材料生产工艺、模具设计、原型设计、系统装配等,同时考虑到了同样工艺条件下的成本和InCAR+所需模具更新问题。

InCAR+解决方案对动力系统、悬架与驱动系统、车身系统进一步研究,分别对3个系统的11个、9个和10个零部件进行了优化。优化的方案普遍没有InCAR项目多,绝大多数都只有一种方式。可供菜单式选择的方案系统有:3种悬架系统的减震筒,3种车身系统的防撞梁,2种B柱,3种座椅横梁,2种发动机罩,2种车轮。

如B柱的方案中,采用夹心板,即外部采用MSB1500热成型钢,保证零部件的刚度,而在内部采用MBW500,吸收碰撞能量。该方案比全部采用MBW1500热成型钢减重1.28千克、节省成本1.50欧元/千克。此外,蒂森克虏伯还推荐采用DP-K700Y980T冷轧双相钢的解决方式。

此外,其还对车轮和发动机罩的解决方案进行了研究。从材料来看,车身采用了热成型钢、镁板、三明治(夹芯板),电机使用夹心电工钢板BONDAL等,这些是蒂森克虏伯为汽车轻量化专门开发的独有产品。车门和发动机罩采用了LITECOR复合材料,该材料上下表面材料是0.2mm~0.3mm钢板,中间层为0.3mm以上的聚合物,达到了减重效果。

除了对乘用车进行解决方案研究外,蒂森克虏伯也对商用车进行了研究,并推出了InTRUCK项目。

 

4
菜单式创新解决方案实现轻量化

 

为了提出系统性的解决方案,蒂森克虏伯整合公司内部的设计、模具制造、零部件制造等资源,对动力系统、车身系统、悬架系统提出了解决方案,其目标也都是实现汽车轻量化,降低汽车在生产和使用过程中的CO2排放。

蒂森克虏伯创新解决方案的鲜明特色在于,一是从动力系统、车身系统、悬架系统着手,对整个汽车用材进行了研究,并给出了各个部件的参考方案。同时,其还针对汽车行业的发展进行了持续研究,由乘用车向商用车扩展。二是解决方案不仅限于使用冷轧汽车板,还包括新型材料的研发与应用,如三明治夹芯板、多层夹心电工钢板、镁带以及碳纤维增强塑料等,这将会引领一个时期汽车用材的发展。三是蒂森克虏伯给出的解决方案基本都是菜单式的,汽车用户可以根据自身的应用目的、生产和工艺条件选择不同的解决方案。


来源:钢铁新闻网

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