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“3060”雙碳目標(biāo)下，輕量化需求越來越緊迫，各家車企、零部件企業(yè)都想方設(shè)法發(fā)展輕量化，向低碳減排快速邁進(jìn)。
這不難理解。
據(jù)中國乘用車樣本調(diào)查結(jié)果顯示，車重每減少10%，油耗就降低7.5%-9%，尾氣排放也會(huì)隨之有相應(yīng)的降低；電動(dòng)汽車車重每減輕10%，續(xù)航里程就會(huì)提升5.5%。
不僅如此，在保證安全強(qiáng)度的前提下，汽車重量越輕，加速時(shí)間越短，車身動(dòng)態(tài)響應(yīng)更靈活，制動(dòng)距離、車身震動(dòng)和噪音也會(huì)減少。
從消費(fèi)者角度來看，伴隨著對(duì)汽車駕乘體驗(yàn)要求的不斷提高，輕量化帶來的經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性等方面的提升都將更加符合消費(fèi)者的實(shí)際需求。
關(guān)鍵問題是，輕量化的空間在哪？又如何持續(xù)推進(jìn)？
近日，在麥格納舉辦的“黑科技來了”直播欄目中，針對(duì)占到整車質(zhì)量半壁江山的車身與底盤結(jié)構(gòu)件，麥格納車身與底盤系統(tǒng)事業(yè)部給出了自己的輕量化“解題思路”。
三大主流創(chuàng)新方向
就車身與底盤結(jié)構(gòu)件而言，麥格納認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)輕量化的途徑主要包括材料、工藝和設(shè)計(jì)三個(gè)方向。
一、輕量化材料：采用高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維等輕量化材料代替普通鋼材料，通過降低材料用量或降低密度實(shí)現(xiàn)減重；
二、輕量化工藝：發(fā)展一體化鑄造、激光拼焊、液壓成形、輕量化連接等制造工藝，整合零部件或連接件用量實(shí)現(xiàn)減重；
三、輕量化設(shè)計(jì)：通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件和力學(xué)理論對(duì)現(xiàn)有零部件進(jìn)行尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品減重。
麥格納的產(chǎn)品創(chuàng)新也具體體現(xiàn)在這些方向上。
例如其五空腔單元防撞梁。麥格納設(shè)計(jì)了能夠提升碰撞性能并減輕重量的防撞梁結(jié)構(gòu)。通過多參數(shù)優(yōu)化壁厚和空腔大小，使得防撞梁的截面具有更高的抗彎能力，從而實(shí)現(xiàn)大幅減重。據(jù)悉，相比傳統(tǒng)截面設(shè)計(jì)下的防撞梁，五空腔單元防撞梁減重高達(dá)15%。且該結(jié)構(gòu)的空腔大小可自由調(diào)整，壁厚也可自由組合，在滿足同樣碰撞性能的條件下占用空間更小。
再如熱成型一體式門環(huán)。麥格納既有不等壁厚、不同材料的激光拼焊熱成型門環(huán)，也有單一熱成型材料，結(jié)合局部軟區(qū)技術(shù)、補(bǔ)丁板技術(shù)的門環(huán)。相較于傳統(tǒng)的門環(huán)設(shè)計(jì)，在滿足相應(yīng)碰撞性能要求的條件下，熱成型一體式門環(huán)可實(shí)現(xiàn)減重20%，同時(shí)也大幅減少零件數(shù)量，減少焊接，簡化制造流程，一體式熱成型門環(huán)也有更好的尺寸精度。
還有高壓鑄鋁副車架。麥格納一體式高壓鑄鋁副車架在設(shè)計(jì)上減少了縱橫梁搭接，并將轉(zhuǎn)向器、控制臂、穩(wěn)定桿等所有硬件集成在一個(gè)鑄件上。這樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更安全、性能也更強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定性也更好。更重要的是，相比鋼制副車架，減重可達(dá)20-30%左右。
此外還有碳纖維復(fù)合材料副車架。麥格納與福特合作研發(fā)了一款兼顧產(chǎn)品穩(wěn)定性與工藝可行性的前副車架。該產(chǎn)品采用碳纖維材料與金屬零件進(jìn)行共同注塑，通過兩個(gè)碳纖維零件和六個(gè)金屬零件替代掉原有的45個(gè)鋼制零件，零件數(shù)減少了82%，極大降低了工序及模具數(shù)量。相較于使用鋼質(zhì)沖壓件，可使重量降低29%。
通過這些案例也可看出，輕量化材料、工藝和設(shè)計(jì)三個(gè)方向并非是割裂的，而應(yīng)綜合考慮。在此次直播欄目中，麥格納車身與底盤系統(tǒng)事業(yè)部工程中心研發(fā)經(jīng)理徐子卿也強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)。
他具體指出，五空腔單元防撞梁在鋁型材工藝基礎(chǔ)上，對(duì)橫梁截面進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，這是一個(gè)設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新；熱成型一體式門環(huán)，在傳統(tǒng)分體式門環(huán)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了工藝及設(shè)計(jì)上的優(yōu)化；碳纖維復(fù)合材料副車架的研究，則是對(duì)輕量化材料與工藝的全新探索。
一體式壓鑄的可能性
2020年，馬斯克首次宣布，將一體化壓鑄技術(shù)用于生產(chǎn)Model Y后車身底板的生產(chǎn)，并將逐步用2-3個(gè)大型壓鑄件替換整個(gè)車身底板370余個(gè)結(jié)構(gòu)件。自此，一體化壓鑄成為行業(yè)熱門話題，近兩年也越來越多的車企、零部件企業(yè)進(jìn)行相關(guān)布局。
作為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑，麥格納自然有所布局。在此次直播欄目中，徐子卿提到，麥格納在該領(lǐng)域早已進(jìn)行了卓有成效的探索。
前文也提到，麥格納高壓鑄鋁副車架采用的正是一體式高壓鑄鋁技術(shù)。事實(shí)上，不只是副車架，麥格納一體式高壓鑄鋁典型產(chǎn)品還包括前后減震塔、縱梁、鉸鏈柱總成、前后底板、電池殼體等。
據(jù)悉，通過這一技術(shù)，麥格納將車身零件的工藝流程大大簡化。通過一體式高壓鑄鋁工藝制造的鋁鑄件，大幅減少了車輛內(nèi)的零件數(shù)量。且麥格納高壓鑄鋁配備了專利的真空系統(tǒng)H-Q-CAST,可以做更薄的壁厚的零件，更好的零件表面和內(nèi)部質(zhì)量。據(jù)麥格納透露，使用高壓鑄鋁相對(duì)傳統(tǒng)的沖壓、焊接總成，減重可達(dá)25%左右。
徐子卿表示：“零件整合的應(yīng)用是非常廣泛的，例如中央通道，前車身鉸鏈柱，前/后減震塔、后縱梁、內(nèi)外扭矩盒等零件等。”
據(jù)他介紹，在某一美系高端品牌車型項(xiàng)目中，麥格納用了13副高壓鑄鋁模具，為同一車型開發(fā)和生產(chǎn)了零件。將鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改成了高壓鑄鋁零件，零件數(shù)從227個(gè)銳減到31個(gè)，“一體式高壓鑄鋁的優(yōu)勢顯露無遺。”
此外，他還透露，對(duì)于大型的一體化壓鑄，麥格納也一直有相應(yīng)的研究。“比如說我們的免熱處理壓鑄材料，以及相應(yīng)的工藝的技術(shù)儲(chǔ)備。我們目前也在和客戶不斷地探討，如何在中國推進(jìn)大型一體化壓鑄布局。”
更多探索
除了現(xiàn)有的產(chǎn)品與技術(shù)外，麥格納車身與底盤系統(tǒng)事業(yè)部還在做更多的探索與研究。據(jù)徐子卿介紹，其最新舉措有以下幾大方面：
·第三代高強(qiáng)鋼，具有更高的強(qiáng)度和更好的成型性，可用冷沖工藝生產(chǎn)產(chǎn)品。
·新型可持續(xù)鋁合金，與A365型合金相比具有更高的強(qiáng)度，生產(chǎn)工藝上減少能耗并降低二氧化碳排放量。
·智能MIG焊接，該工藝具有閉環(huán)反饋系統(tǒng)，能跟蹤焊縫的焊接參數(shù)，并精確測量焊縫表面形狀，該工藝將會(huì)顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量。
·熱成型工藝中的快速淬火技術(shù)，可縮短熱沖壓淬火時(shí)間，大大提高生產(chǎn)產(chǎn)能，降低成本。
·AR檢測技術(shù)，對(duì)零件進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，提高檢測效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，AR檢測技術(shù)可檢測零件缺失的特征，如螺柱、焊接螺母和點(diǎn)焊，同時(shí)提供零件100%的可追溯性。
當(dāng)然，麥格納這一事業(yè)部在輕量化方面的探索還包括新能源汽車相關(guān)產(chǎn)品與技術(shù)的開發(fā)。
據(jù)悉，麥格納已順應(yīng)電動(dòng)化趨勢開發(fā)全新產(chǎn)品，比如麥格納開發(fā)制造的電池殼體已經(jīng)在北美市場量產(chǎn)應(yīng)用，在國內(nèi)純電動(dòng)電池殼體項(xiàng)目的量產(chǎn)開發(fā)也在有序展開。
值得注意的是，麥格納在這一板塊的創(chuàng)新還涉及CTC電池底盤一體化。
在此次直播欄目中，麥格納車身與底盛事業(yè)部產(chǎn)品工程經(jīng)理孔令波指出，CTC，簡單地講，就是將電池殼體與車身地板、門檻梁等下車體結(jié)構(gòu)件進(jìn)行整合集成設(shè)計(jì)，因此可以去除當(dāng)前獨(dú)立的電池殼體的冗余結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)輕量化，以及獲得更大的一個(gè)電池承載空間。
他表示：“CTC首先就是通過設(shè)計(jì)路徑來進(jìn)行輕量化，麥格納在CTC電池殼體設(shè)計(jì)方面有多年的研究，也有相應(yīng)的成熟的技術(shù)方案。另外我們的輕量化材料應(yīng)用、熱成型超高強(qiáng)度鋼應(yīng)用，以及高壓鑄鋁等技術(shù)，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)減重效果。麥格納各種鋼鋁成型技術(shù)，以及相應(yīng)的連接技術(shù)，比如激光焊接、FDS、SPR、攪拌摩擦焊，在輕量化電池殼體方面都有著非常廣泛的應(yīng)用。”
總而言之，車身與底盤輕量化還有不小的挖掘空間。徐子卿表示，供應(yīng)商應(yīng)綜合市場需求情況，與客戶共同探討，找到一個(gè)最優(yōu)的輕量化解決方案。
當(dāng)然，他還提到，參與的時(shí)間點(diǎn)非常關(guān)鍵。“根據(jù)我們多年來的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，供應(yīng)商設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)參與項(xiàng)目的時(shí)間點(diǎn)也是非常關(guān)鍵，如果客戶的項(xiàng)目，能夠讓我們?cè)谠皆绲臅r(shí)間點(diǎn)介入進(jìn)去，那么我們就能為客戶提供更多的輕量化設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。”
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