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激光三維切割機器人如何幫助汽車輕量化的?

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激光三維切割機器人如何幫助汽車輕量化的?

發布日期:2018-06-29 作者: 點擊:

激光三維切割機器人如何幫助汽車輕量化的?實驗證明,若汽車整車重量降低10%,燃油效率可提高6%—8%;汽車整備質量每減少100公斤,百公裡油耗可降低0.3—0.6升;汽車重量降低1%,油耗可降低0.7%。當前,由于環保和節能的需要,汽車的輕量化已經成為汽車發展的潮流。

①汽車主流規格車型持續優化,規格主參數尺寸保留的前提下,提升整車結構強度,降低耗材用量;

②采用輕質材料。如鋁、鎂、陶瓷、塑料、玻璃纖維或碳纖維複合材料等;

③采用計算機進行結構設計。如采用有限元分析、局部加強設計等;

④采用承載式車身,減薄車身闆料厚度等。

其中,當前的主要汽車輕量化措施主要是采用輕質材料。

新材料、新工藝的應用,大大推進了汽車輕量化進程。理論分析和試驗結果都表明,輕量化是改善汽車燃料經濟性的有效途徑。有色合金:鋁合金、鎂合金、钛合金等一些新型材料的應用大大适應了汽車輕量化的需求。


有色合金

以乘用車來說,1973年每輛車所使用的有色合金占全部用材的重量比為5.0%,1980年增至5.6%,而1997年則達到了9.6%。有色合金在汽車上應用量的快速增長是汽車材料發展的大趨勢。


鋁合金

鋁的密度約為鋼的1/3,是應用廣泛的輕量化材料。以美國生産的汽車産品為例,1976年每車用鋁合金僅39kg,1982年達到62kg,而1998年則達到了100kg。

(1)鑄造鋁合金

許多種元素都可以作為鑄造鋁合金的合金元素,但隻有Si、Cu、Mg、Mn、Zn、Li在大量生産中具有重要意義。當然,在汽車上廣泛應用的并不是上述簡單的二元合金,而是多種元素同時添加以獲得好的綜合性能。

汽車工業是鋁鑄件的主要市場,例如日本,鋁鑄件的76%、鋁壓鑄件的77%為汽車鑄件。鋁合金鑄件主要應用于發動機氣缸體、氣缸蓋、活塞、進氣歧管、搖臂、發動機懸置支架、空壓機連杆、傳動器殼體、離合器殼體、車輪、制動器零件、把手及罩蓋殼體類零件等。

鋁鑄件中不可避免地存在缺陷,壓鑄件還不能熱處理,因此在用鋁合金來生産要求較高強度鑄件時受到限制。為此在鑄件生産工藝上作了改進,鑄造鍛造法和半固态成型法将是未來較多用的工藝。


變形鋁合金

變形鋁合金指鋁合金闆帶材、擠壓型材和鍛造材,在汽車上主要用于車身面闆、車身骨架、發動機散熱器、空調冷凝器、蒸發器、車輪、裝飾件和懸架系統零件等。

由于輕量化效果明顯,鋁合金在車身上的應用正在擴大。如1990年9月開始銷售的日本本田NSX車采用了全鋁承載式車身,比用冷軋鋼闆制造的同樣車身輕200kg,引起全的矚目。NSX全車用鋁材達到31.3%,如在全鋁車身上,外闆使用6000系列合金,内闆使用5052-0合金,骨架大部使用5182-0合金;由于側門框對強度和剛度要求很高,使用以6N01合金為基礎、适當調整了Mg和Si含量的合金。在歐美也有用2036和2008合金作車身内外闆的。

鋁散熱器發源于歐洲而後遍及全。在歐洲,到20世紀80年代後期鋁散熱器已占領市場的90%。随?車用空調、油冷卻器等的大量使用,鋁熱交換器的市場迅速擴大。從材料的角度看,鋁在熱交換器上的廣泛應用在很大程度上歸功于包覆料覆層鋁闆和鋁帶的成功開發。

(3)鋁基複合材料

鋁基複合材料密度低、比強度和比模量高、抗熱疲勞性能好,但在汽車上的應用受到價格及生産質量控制等方面的制約,還沒有形成很大的規模。目前,鋁基複合材料在連杆、活塞、氣缸體内孔、制動盤、制動鉗和傳動軸管等零件上的試驗或使用顯示出了卓越的性能,如本田公司開發成功的由不?鋼絲增強的鋁基複合材料連杆比鋼制連杆降重30%,對1.2L的汽油發動機可提高燃料經濟性5%;采用激冷鋁合金粉末與SiC粉末(重量百分數2%)混合并擠壓成棒材,用此棒材經鍛造成型的活塞因強度高可降重20%,發動機功率大幅度提高;用鋁基複合材料強化活塞頭部而取消第一道環槽的奧氏體鑄鐵鑲塊可降重20%;鋁基複合材料制動盤比鑄鐵制動盤降重50%。


鎂合金

鎂的密度約為鋁的2/3,在實際應用的金屬中是輕的。鎂合金的吸振能力強、切削性能好、金屬模鑄造性能好,很适合制造汽車零件。

鎂合金大部分以壓鑄件的形式在汽車上應用,鎂壓鑄件的生産效率比鋁高30%~50%。新開發的無孔壓鑄法(Pore Free Diecast)可生産出沒有氣孔且可熱處理的鎂壓鑄件。

鎂鑄件在汽車上使用早的實例是車輪輪辋。在汽車上試用或應用鎂合金的實例還有離合器殼體、離合器踏闆、制動踏闆固定支架、儀表闆骨架、座椅、轉向柱部件、轉向盤輪芯、變速箱殼體、發動機懸置、氣缸蓋和氣缸蓋罩蓋等。與傳統的鋅制轉向柱上支架相比,鎂制件降重65%;與傳統的鋼制轉向輪芯相比,鎂制件降重45%;與全鋁氣缸蓋相比,鎂制件降重30%;與傳統的鋼制沖壓焊接結構制動踏闆支架相比,整體的鎂鑄件降重40%,同時其剛性也得以改善。

鎂基複合材料的研究也有進展,以SiC顆粒為增強體,采用液态攪拌技術得到的鎂基複合材料具有很好的性能且生産成本較低。在AZ91合金中加入25%的SiC顆粒增強的複合材料比基體合金拉伸強度提高23%,屈服強度提高47%,彈性模量提高72%。


钛合金

钛的密度為4.5g/cm3,具有比強度高、高溫強度高和耐腐蝕等優點。由于钛的價格昂貴,至今隻見在賽車和個别豪華車上少量應用。盡管如此,對钛合金在汽車上應用的試驗研究工作卻不少。例如用α+β系钛合金制造的發動機連杆,強度相當于45鋼調質的水平,而重量可以降低30%;β系钛合金(Ti-13V-11Cr-3Al等)經強冷加工和時效處理,強度可達2000MPa,可用來制造懸架彈簧、氣門彈簧和氣門等,與拉伸強度為2100MPa的高強度鋼相比,钛彈簧可降重20%。

钛合金應用的大阻力來自其高價格,豐田中央研究所開發了一種成本較低的钛基複合材料。該複合材料以Ti-6Al-4V合金為基體,以TiB為增強體,用粉末冶金法生産,已在發動機連杆上應用。

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