慧眼十一月专栏轻量化高强钢的运用

前言

轻量化这一概念最先起源于赛车运动,通过减轻重量带来更好的动力性与操纵性。随着“节能环保”观念的深入人心,越来越多的普通汽车厂也开始了轻量化的研究。本周,与慧眼一同,聚焦车辆轻量化的点点滴滴。

在上一期中我们提到,车辆轻量化可以从从结构优化、轻量化材料和先进制造工艺等多个途径实现。在结构和制造工艺相对稳定的前提下,材料轻量化成为整车轻量化的首选。高强钢是汽车轻量化的关键材料之一,采用高强钢可以大幅降低整车质量及焊接成本,高强钢的开发应用为车辆轻量化提供了重要的途径。

高强钢是高强度结构钢的简称,是指采用微合金化和热机械轧制技术生产出的具有高强度(屈服强度≥Mpa)的钢材。

应用高强钢,是在所要求的性能不变或者略有提高的前提下,减薄板材构件的厚度,降低构件的质量达到车辆轻量化的目的。

优点:

高强钢具有更高的屈服强度和抗拉强度,其屈服强度是低合金钢的两倍,普通钢材的3倍左右,选用高强钢能够减小构件尺寸和结构重量,相应地减少焊接工作量和焊接材料用量,从成本与性能角度来看,是满足车身轻量化、提高碰撞安全性的最佳材料。

缺点:

高强钢型材随着强度的提高,其总伸长率下降,导致其加工成型困难,相比于普通强度钢,高强钢在加工成型时,更容易出现裂缝、回弹、翘曲褶皱等缺陷,需要采取优化零部件结构,增加回弹补偿等方式进行改善。

目前屈服强度-MPA的高强钢是车辆产品需求主流,尤其屈服强度MPA的高强钢成为当前客车车身骨架的首选。目前高强度钢主要用于安全件,例如AB柱,窗立柱,顶盖弧杆,顶盖横梁等关键部位。

经验公式:

采用高强度钢板减薄实施轻量化时,一般采用如下经验公式:

有资料显示,应用高强钢替换普通强度钢后,会对整车骨架的动刚度和静刚度产生较大影响,采用高强钢不只是对传统结构的型钢厚度进行减薄替换,还需要结合整车模型分析并进行实车测验,甚至还需要改变局部结构来增加整车刚度,避免对整车性能产生影响。

配套焊丝:

高强钢和普通强度钢混合焊接时,焊丝的选择要根据被焊钢材种类、焊接部件的质量要求、焊接施工条件(板厚、坡口形状、焊接位置、焊接条件、焊后热处理及焊接操作等待)、成本等综合考虑,应选用高强焊丝以确保焊接质量,避免对整车强度和性能产生影响。

对中国客车企业而言,目前主流客车厂家客车钢材所用材质仍然以普通碳钢为主。但已经有许多厂家开始了高强钢的试验与应用。例如从年,宇通就开始了高强钢的将高强度钢材料成功应用于骨架及底架关键承载结构件,年初,厦门金龙联合汽车工业有限公司也相继推出两款为欧盟市场打造的采用了高强钢的新产品C9和C10。

年10月比利时国际车展期间,中车电动发布高强钢产品18米“智能辅助驾驶”BRT纯电动巴士。

年11月金旅客车25年庆典期间,发布高强钢骨架产品金旅——领航者。

虽然Q的价格约元/吨比Q的价格差不多高一倍,由于减少了Q的用量,经过推算单车材料成本并未发生较大变化,而10m左右的中巴旅游车经过实车计算,可减重达kg,减重效果明显。随着高强钢优良的性能越来越被认可以及客车制作工艺的提升,高强钢在车身上的应用比例会越来越大。

慧眼建议采取结合企业实际运营情况,以设计为导向,采用多种减重方式共同减重,最终达到轻量化的目的。如可通过集成化设计的方式减少冗余物料,高强钢的应用则需要通过CAE多次模拟验证最终选择最合适的钢材规格与厚度。




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