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铝业技术之全铝车间给行业带来了什么启

2019年04月11日 栏目:金融

中冶有色技术近日收集及整理了铝业技术之全铝车间给行业带来了什么启示?另涵盖了有色金属行业资讯、有色金属行业会议报道、2017有色环保期刊

中冶有色技术近日收集及整理了铝业技术之全铝车间给行业带来了什么启示?另涵盖了有色金属行业资讯、有色金属行业会议报道、2017有色环保期刊也在相继出版中、有色金属会议PPT等、2017年有色会议通知。

汽车轻量化有什么缺点?有人这么回答:缺点是很多消费者认为车越重越好。

实际上,车身的轻重与安全性并没有很强的相关性。甚至有研究数据表明,车身减重有时还有助于提高车辆的安全性。

作为汽车行业的重要发展方向,轻量化可以在保障汽车强度和安全性能的前提下,通过降低汽车的重量,提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排放。

一组数据可以很好地说明轻量化技术对于汽车节能和环保的意义:汽车整车重量如果减少10%,就可以实现节油6%-8%,百公里油耗降低0.3升-0.6升,二氧化碳排放降低5克-8克。

当下车企纷纷加码轻量化,可以说主要驱动力就是日渐严苛的油耗和排放法规。我国规定,2020年当年产乘用车平均燃料消耗降至5升/百公里。另外,根据规划,汽车产业碳排放总量先于国家承诺和产业规模,于2028年率先达到峰值。

当前汽车行业轻量化的途径主要有这三个方面:一是结构设计的优化,二是采用轻量化的材料,三是轻量化材料的成型技术。显然,材料对于轻量化的终实现非常关键。

目前常见的轻量化材料主要包括铝合金、镁合金、高强度钢等金属材料以及碳纤维、塑料等非金属复合材料等。

由于不同材料和工艺的成本存在不小差异,不同价位的车也会选择不同的轻量化解决方案。比如碳纤维是成本相对较高的轻量化材料,主要用于高端车型比如跑车上。

而与碳纤维复合材料相比,铝合金不但有成本优势,再制造、再利用也更加容易,相关技术也比较成熟,在汽车材料中是应用多的轻质材料。

从减重效果上来看,铝合金优于钢铁,汽车使用1公斤铝合金相当于2.25公斤的钢铁。和钢铁材料相比,铝合金还有热导率高、耐腐蚀性好、易加工、具有良好的吸能性等优点。

但事实上,目前铝作为轻量化材料主要还是应用在高端车型上,比如奥迪A8、捷豹XFL、特斯拉等都推出全铝车身。除了成本问题,还因为全铝车身的加工工艺存在很高的技术门槛,很多车企望而却步。

直到2016年4月7日,我国家专制全铝车身车间在奇瑞捷豹路虎常熟工厂竣工投产。同年8月推出的全新捷豹XFL,也成为款在中国本地生产制造的全铝车身车型。

今年4月7日,恰逢奇瑞捷豹路虎全铝车身车间竣工一周年之际,《汽车商业评论》在常熟基地参加了奇瑞捷豹路虎全铝技术之旅,近距离了解这家公司的全铝制造技术,以及这项技术本地化落地的来之不易。

天气也会成为问题

在2015年9月担任奇瑞捷豹路虎公司常务副总裁之前,陈雪峰是常熟生产基地的负责人。他告诉《汽车商业评论》,当年他带领团队在策划、建设全铝车身专制车间的时候,压力非常大。

奇瑞捷豹路虎常务副总裁陈雪峰称,经销商的铝车身处理经验也是奇瑞捷豹路虎在铝车身领域的核心竞争力。

由于铝材是冷连接的机械连接方式,从铆钉、铆模、设备、原材料、板材到不同材质的搭接来讲,要求非常高,一开始陈雪峰的团队就面临了三大领域的挑战。

,在模具的开发过程中,拔模深度、拔模倒角、冲材速度等因素至关重要,而国内很多供应商对于铝车身成型的这种经验积累还远远不够。

第二,原材料国产化以后,可能由于环境问题,材料的特性和欧洲有一些差异,这就需要对铆接参数进行调整,他们花了三个月时间来调整铆钉和铆模。

第三,生产过程管理以及质量管理。与焊装要进行设备测试检查不同,铝车身更多依赖于目测,这就需要有非常多的数据来证实这种检测方式是没问题的。

全铝车身的出炉需要整个汽车制造供应链的密切配合,奇瑞捷豹路虎与全球多家知名供应商展开合作,共同解决铝制技术本地化过程中遇到的难题。

全球知名铝压延产品制造商诺贝丽斯(Novelis)为奇瑞捷豹路虎全铝车身车间供应铝材。诺贝丽斯常州工厂,也即家汽车铝板生产厂商,于2014年10月21日竣工投产。这个日子恰巧与奇瑞捷豹路虎常熟工厂开业的日子重合。

全新捷豹XFL所应用的绝大多数汽车铝材都来自诺贝丽斯常州工厂,剩下的部分则来自诺贝丽斯瑞士西耶尔(Sierre)工厂。

首先要进行材料的本地化。按照奇瑞捷豹路虎高级工程师王勋奇的说法,整个车身要达到钢性需求和扭曲强度要求才能保证乘客的安全,这样反推材料,首先要保证材料的稳定性,另外,材料经过铆接和涂装烘烤之后整体的性能达到要求的刚性和扭曲强度。

所有的诺贝丽斯供给奇瑞捷豹路虎的材料,都要经过奇瑞捷豹路虎的材料验证,当时技术团队针对诺贝丽斯的板材在国内不同的特性做了国产化的测试,这些验证都要拿到欧洲做。

由于英国的材料供货周期和国内的供货周期不一样,以AC600材料为例,这个吸能材料通常是六个月的有效期,过了有效期材料会逐步硬化。诺贝丽斯中国技术支持工程师曹龙兵说:我们的材料强度、耐腐蚀性能等有些指标甚至要高于欧洲的指标。

这些还仅仅是局限于现在能够本地化的一些材料,有一些高性能的材料目前还达不到国产化的水平。

全新捷豹XFL使用的胶黏剂则由全球专业化工品生产商西卡(SIKA)提供,包括结构胶、玻璃胶、减振胶等产品全部原装进口。

由于中英的气候存在差异,西卡也遇到了诺贝丽斯同样的有效期问题。英国气温波动不大,而中国冬冷夏热,玻璃底涂有效期在英国是三个月,但到了中国水路两用挖掘机出租
,他们做了很多本地化匹配验证实验之后发现,有效期缩短到一到两个月。

这对西卡、奇瑞捷豹路虎以及供应商物流环节都提出一个挑战。首先是零库存,第二,要考虑怎样有效地在尽可能短的时间内把产品用在车身上,以达到非常好的性能。

前期西卡做了很多匹配性实验,包括配合铆接工艺做粘接实验、老化实验,还做国外材质和国内材质的横向比较,确保产品性能和国外一模一样。

作为奇瑞捷豹路虎的供应商,西卡在参与全铝车身项目的过程中也有了意外收获:做了很多测试,积累了不同温度和湿度条件下的数据,甚至欧洲的团队也开始找他们要数据,要求输送经验。

不是一般的国产化

铝材可以做汽车白车身、结构件、覆盖件,从难易程度来讲,覆盖件比较容易做,比如发动机发罩内外板、四门两盖。但是铝要做汽车白车身和结构件,涉及金属连接技术、深冲压技术,技术难度比较高。

诺贝丽斯中国区董事总经理兼诺贝丽斯亚洲汽车业务副总裁刘清曾这样告诉《汽车商业评论》。

为实现车身性能,奇瑞捷豹路虎挑选不同系列、不同特点的高强度铝合金材料,如AC170、AC300、AC600、RC5754和5182,应用于智能全铝车身架构。

RC5754在强度、耐腐蚀性、连接性及成型性等方面表现出众,车身多处都有应用。AC600铝合金适用于车身加强件,AC300铝合金用于防撞梁结构,AC170铝合金适用于外板包边和侧围的覆盖件。

在全铝车身生产中,除了性能优越的铝材,还需要有先进的连接技术。

全新捷豹XFL车身有2754个铆点,采用了18种铆模、30种铆钉,定制匹配480种板材搭接,采用了从航空领域引入的自冲铆接技术(selfpierceriveting,简称SPR)。

这种技术是通过伺服电机提供动力将铆钉直接压入待铆接板材,压力高达KN,然后铆接板材在铆钉的压力下和铆钉发生塑性形变,充盈于铆模之中。

自冲铆接为冷连接技术,是目前汽车制造行业车身连接工艺中为环保的连接方式之一。车身连接处不会产生热变形,无飞溅产生,仅需气源,无需循环水冷却,整个过程无任何污染物产生,比传统焊接节能70%。

奇瑞捷豹路虎与英国的亨罗布(Henrob)公司在自冲铆接技术上进行合作。成立于1985年的亨罗布是SPR技术发明人及市场引领者,2016年占全球市场份额60%左右。

来自亨罗布的一组数据显示,全球2016年销售的9300万辆汽车中大约有6%应用SPR技术,这些数字到2021年将分别达到1.02亿辆和11%。而与奇瑞捷豹路虎常熟工厂合作,是亨罗布次在中国大规模使用SPR工艺。

亨罗布中国副总经理高恩兴有很深的体验,在本地化的过程中程控电话交换机
,不仅仅是拷贝国外的材料拿过来直接用,而是要让材料和技术应用本地化,形成一个战略型的合作和技术本地化升级。

由于方方面面的原因,国内与国外两边的板材材料不一样,需要通过调整铆接参数来实现板材的稳定性。亨罗布经过数月的调整,为所有板材都找到了相对应的铆钉铆模解决方案。

另外,亨罗布团队还面临这样的挑战:整个工艺顺序和国外不一样。在国外捷豹路虎用了300多套系统的生产线,常熟工厂有232个铆枪,两种铆钉一种模具要解决所有覆盖区域的各种各样的板材组合,面对的复杂局面更多。

与自冲铆接相配合的还有一项铆接胶合技术,自冲铆接与车身结构黏合剂的组合,将车身连接强度增大至单纯铆接强度的2至3倍。《汽车商业评论》了解到,铆接胶合技术在奇瑞捷豹路虎全铝车身连接工艺中占比达72%。

奇瑞捷豹路虎常熟工厂全铝车身车间拥有335台机器人五莲红石材
,其中自冲铆接机器人数量为232套,实现智能全铝车身架构100%自动化生产。而且,全铝车间设有专用铝余料回收系统,可以实现铝废料100%回收。

为全方位实时监测全铝车身的制造品质,奇瑞捷豹路虎全铝车身车间还拥有一套过程质量保证体系,包括自冲铆接的适时过程监控、可视化涂胶监测系统、激光精度测量控制系统、铆接点的无损检测和破坏性测试等。

在此基础上打造出的奇瑞捷豹路虎智能全铝车身架构,要比同等结构的钢车身减重20%-45%,静态刚度增加20%以上。

全新捷豹XFL的铝合金含量达到了国内75%的比率,白车身重量297kg,其一体式冲压侧围重量仅7公斤,而且保持了进口版车型近50:50的完美前后配重,带来了更短的制动距离、更的操控,降低了车的能耗和排放。

我们已经有非常高的信心来处理和管理产品,这个过程和一般所说的产品国产化还不太一样,这是技术的国产化。技术国产化的难度远高于单纯的产品国产化。奇瑞捷豹路虎常务副总裁陈雪峰如此表示。

全铝车间在常熟落地,奇瑞捷豹路虎也是次培养自己的铝车身专家,人员的知识积累水平,以及整个供应体系的成熟程度,都得到很大提升。

陈雪峰告诉《汽车商业评论》,到今天我们已经达到和超越了捷豹路虎全球的质量标准,目前也在全面稳定地运行当中。

售后服务同样重要

国内,铝材做汽车白车身、结构件和覆盖件,开始是欧美一些合资企业把CKD件运到中国进行组装。发展到第二阶段本地化生产,差不多有六年时间。

在整个推进铝材技术本地化落地的过程中,奇瑞捷豹路虎主要做了三件事情:控制质量,持续加大国产化的成本控制,进一步提升服务水平。

捷豹路虎使用铝材技术已经有几十年历史,有一套非常成熟的售后服务理念和一些应对措施,可以为消费者提供更便捷同时更节约费用的售后维修服务。

首先,从维修的便捷性来考虑。从车身角度,他们对四门两盖这些容易受到破坏的区域进行模块化的售后备件的设计。一旦需要维修就不必把整个侧围全换掉,而可能是局部进行换装。同时,他们通过售后件的测试来确保在正规渠道维修的车辆的机械性能和安全性能,包括外观美观性也不会受到影响。

另外,在消费者关心的维修费用上,奇瑞捷豹路虎和保险公司有多种售后备件的金融解决办法,让顾客可能会有略微高点的费用,但是不像想象中的难以接受。

从2003年起,捷豹路虎就已经向中国大量进口全铝车身车型。因此,陈雪峰说,对于合资公司来说,XFL是我们投放的款全铝车身轿车,但是对于奇瑞捷豹路虎的经销商来说,他们已经具备非常多的铝车身处理经验。

他认为,经销商积累的这种铝车身处理经验也是奇瑞捷豹路虎在铝车身领域的核心竞争力。因为竞争对手要熟练应用铝车身的售后维修技术,并不是短时间内就可以实现的。

2016中国汽车工程学会年会发布了我国节能与新能源汽车技术路线图,其中关于汽车轻量化技术的发展思路是三个阶段逐步实现轻量化目标:

阶段为2016年-2020年,实现整车比2015年减重10%。

重点发展超高强度钢和先进高强度钢技术,包括材料性能开发,轻量化设计方法,成型技术,焊接工艺和测试评价方法等,实现高强度钢在汽车应用比例达到50%以上,开展铝合金板材冲压制作技术研究并在车身实践,研究不同材料的连接技术。

第二阶段为2021年-2025年,实现整车比2015年减重20%。

以第三代汽车钢和铝合金技术为主线,实现钢铝等多种材料混合车身,全铝车身的大范围应用,实现铝合金覆盖件和铝合金零部件的批量生产和产业化应用,同时加大对镁合金和碳纤维复合材料零部件生产制造技术的开发,增加镁合金和碳纤维零部件的应用比例,单车用铝量达到350kg。

第三阶段为2026年-2030年,实现整车比2015年减重35%。

重点发展镁合金和碳纤维复合材料技术,解决镁合金及复合材料循环再利用问题,实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用,突破复杂零件成型技术和异种零件连接技术。单车用镁合金达到45kg,碳纤维使用量占车重5%。

按照规划,全铝车身大范围应用的时间是2021年-2025年。以此为参照,可以说,奇瑞捷豹路虎常熟工厂的全铝车身车间很大程度上推进了中国汽车轻量化的进程,其铝材技术在中国落地生根,也为行业提供了可供借鉴的本土化经验。

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