自動車用プレス技術の紹介

乗用車の白いボディには、車体下部、車体上部フレーム、ドア、エンジンフード、荷室リッド、フェンダーなどが含まれます。 エンジン、トランスミッション、トランスミッションシステム、ブレーキシステム、サスペンションシステム、排気システム、電装システム、内装部品の設置基盤であり、対応する構造設計を通じて部材の安全要件を満たします。 軽量車体の目的は、車体の構造的耐衝撃性、剛性、強度、NVH 性能を確保しながら車体骨格の重量を軽減し、車体の製造コストを増加させずに市場競争力を高めることです。車両製品全体。
軽量素材
自動車の車体に使用される高強度・軽量化が進む主な材料には、高張力鋼や超高張力鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金のエンジニアリングプラスチック、およびその適合材が挙げられます。
高張力鋼
高強度鋼は主に、フロント衝突防止ビーム、A、B、C ピラー補強材、敷居梁、ドア衝突防止ビーム、屋根横梁などの主要部品に使用され、一般大衆に比例して徐々に拡大しています。 アウディ A3、BMW 3 シリーズ、キャデラック ATS、フォード モンデオなど、一部のヨーロッパおよびアメリカの自動車の車体に使用されている高張力鋼の割合は 60% を超えています。 インフィニティ Q50、ホンダ シビックなど、日本の車種でも高張力​​鋼材の割合が 50% を超えています。
アルミニウム合金
アルミ合金はエンジンフードからフェンダー、トランクリッド、ドアにまで徐々に広がり、一部の高級車ではフルアルミ合金ボディが実現しています。
マグネシウム合金
マグネシウム合金は、ステアリングホイールフレームやシートフレームから、ステアリングサポートやトランスミッションシステムのハウジング部品へと進化しました。
繊維強化複合材料
繊維強化複合材料は、フロントモジュール、リアテールゲート、インテークマニホールドなどのコンポーネントに適用され始めています。 炭素繊維複合材料は、スポーツカーや高級車から中高級車や電気自動車の用途まで拡大しています。 写真のような4つのドアと2つのカバーを持つ、あるセダンの車体構造。
構造最適化設計
構造最適化設計においては、車両開発の初期段階でより合理的な車体構造の設計計画を立てることがより重要です。 現在、マルチマテリアル車体構造の軽量設計は、トポロジー最適化、サイズ最適化、形態最適化、多目的最適化、および構造材料の統合最適化設計を適用して、パラメーター化された設計プラットフォーム（図に示すように）の構築に向けて開発されています。パフォーマンス。
1、材料の塗布
1. 高強度鋼は主に自動車の内外装パネルや構造部品に使用されます。 同時に、高強度鋼は車体の受動的安全性を効果的に向上させることができます。 超軽量鋼製車体や先進的なコンセプト車両に高度な剛性を適用すると、軽量化、省エネ、安全性の向上、排出ガスの削減が期待できます。 高張力鋼は、成形時の反発などの課題に直面していますが、他の代替材料と比較して、依然として最もコスト効率が高く、魅力的な材料です。 2. アウディのオールアルミニウムスペースフレームボディに代表されるように、アルミニウム合金の適用は1990年代に始まりました。 アウディオールアルミニウムボディフレームワーク（ASF）コンセプトが提案され、対応するAudi100、初代Audi A8、A2が発売されました。 アウディ以外にも、図にあるようにジャガーXJ、新型レンジローバー、メルセデスベンツSクラスなど、他社からもオールアルミボディが発売されています。
変形アルミニウム合金は、人気が高まっているアルミニウム合金のラゲッジコンパートメントリッド、エンジンルームカバー、バックドア、バンパービームなどの車体部品レベルの構造部品の用途において急速に発展しています。アルミニウム合金、粉末冶金アルミニウム合金、超塑性アルミニウム合金、アルミニウム母材複合材および発泡アルミニウム、アルミニウム合金は今後さらに拡大し、鋳物、形材、板金とアルミニウムを組み合わせた状況は自動車材料第2位になると予想されている将来的には鉄鋼の後に。
アウディ A8 オールアルミボディ
3. マグネシウム合金
現在、マグネシウム合金は主に車体のステアリングホイールフレームに集中しています。 ダッシュボードフレームやシートフレームなどはまだ量産化されておらず、ホワイトボディの構造部品として採用されている。 現時点では、写真に示すように、クライスラーの特定のモデルのみが試みられています。 マグネシウム合金は、耐食性や成形上の制限のため、まだ広く使用されていません。
4. 複合材料
自動車産業における複合材料技術は、まずバンパーに応用され、その後鋼板の代わりに異形断面ばね鋼板が生産され、その後4枚のドアと2枚のカバーの生産に使用されました。 複合材料の大規模な適用は、-1980 年代中期以降に起こりました。 1990年、フォードとクライスラーが相次いで複合材料を開発した。
複合材料には、金属材料に比べられない多くの利点があります。低密度、高比強度、高比弾性率です。 素材の特性にはデザイン性があります。 製品構造設計の自由度が高く、統合設計やモジュール設計が容易です。 優れた耐食性、耐久性、遮音性、騒音低減。 複数の成形プロセスを使用できるため、金型コストが低くなります。 A グレードの表面、スプレーやその他のプロセスを回避できます。 投資が少なく、生産サイクルが短い。 現在、自動車の軽量化が急務となっている。 コストパフォーマンス開発の総合的な観点から、車体構造部品に使用される複合材料には樹脂系炭素繊維強化複合材料が最適です。 エンジンルームのカバー、フェンダー、ルーフ、ラゲッジルーム、ドアパネル、シャーシの軽量構造部品などに適用できます。
自動車用複合材料技術の発展に伴い、スポーツカーや高級車に広く使用されています。 アルミニウム合金部品と比較して、複合材料は重量を約 50% 削減できます。 現在、自動車の炭素繊維は、一方向繊維および二方向織物材料から、BMW I3 電気自動車への複合材料の適用に見られるように、自動車部品のさまざまな形状と構造を得ることができる多軸中空炭素繊維プレハブ体へと進化しています。
２、製造工程
1. 熱間成形は高精度と優れた成形性能を備えており、高強度の自動車バンパー、ドアクラッシュバー、A、B、Cピラー補強材、ルーフフレーム、中間チャンネル、その他の安全部品および構造部品の製造に広く使用されています。 。 現在、この技術は海外で急速に発展しており、米国のゼネラルモーターズやドイツのフォード、フォルクスワーゲンなどで高強度プレス部品の製造に採用されています。 中国の一汽紅旗 H7 の車体下部にも、図に示すように大規模な熱間成形技術が使用されています。
2. レーザー溶接
1985年、アウディは世界初のレーザー溶接プレートの採用に成功しました。 1990 年代に、ヨーロッパ、アメリカ、日本の大手自動車会社はレーザー溶接技術を大規模に使用し始めました。 近年、この技術は世界中で新しい鋼製車体の設計と製造に広く使用されています。 写真に示すように、中国の一汽 H7 車体の典型的な構造部品はレーザー溶接されています。
レーザー溶接技術を使用すると、自動車部品の数を減らし、車両の重量を軽減し、原材料の利用率を向上させ、構造の機能を強化し、製品設計の柔軟性を高めることができます。
3. 差厚板
レーザー溶接板の問題点を解決するため、レーザー溶接後に差厚板を製作します。 製造工程を図に示します
厚さの異なるプレートをレーザー溶接プレートに置き換えて、軽量化を実現できます。 ただし、レーザー溶接プレートを完全に置き換えるわけではありません。レーザー溶接では、異なる厚さのプレートを溶接できるだけでなく、異なる材質や強度のプレートを溶接することもできるからです。 異なる厚さのプレートではこの機能を実現できません。
3、費用見積り
高張力鋼は他の軽量材料に比べて価格が安く経済的であり、広く使用されることで車両の安全性が向上します。 高張力鋼は材料の厚みを薄くできるため、通常の鋼板に比べてコストを大幅に上げることなく大型化が可能で、通常の鋼板の約1.5倍となります。
アルミニウム合金の密度は2.68g/cm3、鋼板のわずか3分の1。 アルミを使用すると厚みや断面積が増えることを考慮すると、30～50％の軽量化が可能です。 一般のアルミパネルは鋼板に比べてコストが2-5倍になります。
密度1.5g/cm 3 、鋼鉄の1/5以下の炭素繊維複合材料。 自動車のドアやエンジンルームカバー、ラゲッジルームカバーなどに炭素繊維複合材料を適用すると50％以上の軽量化が可能で、材料コストは鋼板に比べて5倍以上かかります。
4、軽量レベル
国内の自動車軽量化産業は規模を形成しておらず、産業チェーンが十分に完成しておらず、海外との格差が大きい。 国際的な主流車種の 60% 以上が高強度鋼製ボディを備えており、強度レベル 780MPa および 980MPa の鋼材がボディ部品に使用されるのは非常に一般的です。 高張力鋼により、安全性と快適性を損なうことなく部品の重量を 20-30% 削減できます。
海外または国内の合弁会社の高級車モデルの一部の部品には軽量素材が使用されています。 エンジニアリングプラスチック部品は鋼製部品と比較して30%から35%の重量を削減でき、アルミニウム合金部品も鋼製部品と比較して30%から50%の重量を削減でき、マグネシウム合金部品は鋼製部品と比較して40%から55%の重量を削減できます。コンポーネント、および炭素繊維複合コンポーネントは、スチール製コンポーネントと比較して 40% ～ 60% 重量を削減できます。
5、車両軽量化技術パス
外国の車体の軽量化経路を次の図に示します。
外国技術の活用により、中国における軽量車体技術の発展の道を探ることができる
1. 短期
目標：高張力鋼と超高張力鋼の適用割合を増やし、鋼板の厚さを合理的に薄くし、高度な成形技術と結合技術を広く適用し、期待される軽量化目標を達成します。
アプローチ：高張力鋼、超高張力鋼、エンジニアリングプラスチック、およびマグネシウムアルミニウム合金および複合材料の適切な適用を使用して、車体構造パラメータの設計を最適化します。 ユーロ鋼板の厚さ、断面形状、サイズも、レーザー溶接、熱間成形プロセス、高度な接続技術など、幅広く使用されています。
2.中期
目的：アルミニウムマグネシウム合金と複合材料の特性と接続技術、および構造材料性能の統合軽量多目的協調最適化設計法を習得し、要求される技術レベルと外国の技術レベルの間のギャップに対応すること。
方針：自動車車体におけるアルミニウムマグネシウム合金および複合材料の適用割合と量を拡大し、材料特性に基づいてアルミニウムマグネシウム合金および繊維強化複合材料の部品構造の設計を最適化し、材料自体の性能上の利点を最大限に活用します。
3. 長期
目標：炭素繊維複合材料の特性、部品の設計方法、効率的な製造プロセス、性能管理方法、接続技術を徐々に習得し、自動車産業先進国の自動車軽量化技術のレベルに徐々に追いつきます。
アプローチ：スチールアルミニウムハイブリッド車体の設計、製造、接続技術に熟達し、炭素繊維複合材料コンポーネントの構造設計を徐々に習得します。 効率的な製造、性能制御、接続技術により、自動車における炭素繊維複合材料の適用割合が拡大します。