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汽车轻结构趋势引发的新材料新工艺

环保,安全,舒适,经济性,动力性,电子技术,表现出现代汽车发展的几大特色。伴随着汽车的优化设计,结构轻量化历来是汽车设计师们考虑的一个重点,一系列新设备、新材料、新工艺、新方法,应运而生。轻结构倾向在汽车制造中的发展,无疑使各种各样的材料品种迅速增多,新的焊接与切割方法迅速扩大。这方面,专家们列举了大量的事例,包括新的经改善的热处理技术、粘接材料以及机械连接技术。对汽车车身轻结构件及其各种连接技术可看出制造技术发展新趋势。

具有应用前景的更轻质合金板结构件
汽车制造商已经把铝合金、高强度钢、复合材料和塑料作为其轻量化结构的主要材料。除此之外,一种更轻的材料---合金,在近几年里得到进一步研究和开发。在国际车体专家社团(IRE:Internationales Rohbau-Expertenkreis)的专业会议范围,Salzgitter材技术有限公司(SZMT)(Salzgitter Magnesium Technologie GmbH)通报了其合金板产品的生产现状以及在汽车批量制造中的应用情况。
汽车制造商对可用作高刚性薄壁结构件薄板的合金扁轧产品的兴趣,在于其不易破碎特性。在最近几年里由于投入了大量的研究和加大开发力度,这种优质轻板材的品质和可用性得到持续不断的改善。然而,今天的合金板其使用条件,仍然要求与其它车身材料一种有效和性能优化的结合。这就是说,这种相对不那么贵重并只限于可冷轧成形的合金板,必须结合成混合结构,同时要求就特别防锈的连接、涂覆和装配方法加以更新。

(1)现状与轻结构潜力
SZMT公司已经成功地从实验室过度到一种工业规模的制造。SZMT的辊轧设备能够进行从压铸的板坯到轧制成薄扁材等各种不同初加工材料的多用途加工。那就是要尽可能快地提供符合市场需求的扁轧产品。目前已经达到了在汽车制造中成批应用的第一个目标。保时捷Carrera GT车驾驶员舱操纵机构中间托架上的面板就是用合金板。这种要求极高的轧制件,是在激光切割之后还要进行一次表面处理(镀铬)而获得。此外,这样的面板在汽车上作为内部空间的一个主要结构件。
合金板所具有的优点,首先体现在抗弯强度高或者抗弯曲强度大的情况下具有极轻的重量,体现轻结构的潜力。在汽车制造中,它特别适用于大面积薄壁的车身或者内饰件。合金结构件可能比铝合金结构件轻达25%。此外还具有一种良好的吸能特性,因而它也特别适用于制造碰撞相关零部件。
(2)合金薄板以及成型与变形技术
SZMT公司按尺寸精确制造的合金薄板坯,其尺寸达到宽1500mm(最大1900mm),长2000mm,最大板厚1.0mm。这种合金薄板的材料标记为AZ 31 B-0,其抗拉强度为240-260MPa,屈服强度为140-180MPa。它特别突出的优点,是具有比塑料更好的热稳定性和铝合金相称的低热膨胀系数,以及一种金属材料通常的回收能力。
合金板变形在200℃以上急骤增加。在结构件设计上,为迎合合金板的特点其几何形状应园滑过渡,(无尖锐棱边和拐角)。现在大面积车身零件可用深拉工艺过程获得。此外,通过适当的薄板材质和可靠的热变形技术相结合,可以生产出高质量的复杂形状合金轧制。为此,需要采用温度稳定性好的水溶性润滑剂。其后的冲压和打孔操作都可以采用传统的标准工具进行冷加工方式。
(3)汽车活动顶盖加强件
汽车活动顶盖由一块铝合金外板和一块1.5mm厚的AZ31薄板组成。热变形(在大约230℃温度下)合金加强件是通过粘接-滚压咬口法同铝合金外板连接一起。采用合金板结构件的重要意义,归结于连接、防锈、表面处理和操作技术。纯结构或者混合结构件,可以利用诸如保护气体焊接技术(WIG,MIG)或者激光、激光混合焊接和电子束焊接等熔焊法予以牢固连接。视连接任务而定,还可以采用优质的和可自动处理的焊接添加料。
(4)机械连接
对于与其它材料混合连接,可以提供人们熟知的机械连接和粘接技术。作为适用的混合连接技术,概括有诸如盲铆、半空心铆或者实心铆等冷冲铆粘接技术。这样一类连接方法,能够实现机械上可高负荷并同时作分开电镀的材料进行连接。重要的是可用性以及无损伤放置耐腐蚀连接元件。咬口连接以及/折边粘接在技术上也都是可行的,然而要求对接合区进行局部温度调节。同样,利用半空心铆钉适用干合金板的铆接,在相应的热支持下能达到铝连接的强度水平。

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