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新能源汽车轻量化多材料车身连接技术分析
转载 :  zaoche168.com   2024年04月01日

随着新能源汽车的飞速发展,越来越多的人开始关注并购买新能源汽车。续航里程作为衡量一辆新能源汽车达标与否的关键性因素,也是消费者购车时的一项重要参考指标。因此,如何让车身趋向轻量化、提升行驶经济性的同时,保障车身骨架的安全等级不降低,成为了很多新能源汽车厂家重点研究的课题。

单从车身材料来说,从传统的钢制车身,逐渐转向了钢-铝、钢-铝-碳纤维等多材料混合身。各类轻量化材料的大量应用,实现了续航里程的提升,同时也对车身连接技术带来了新的挑战。由于不同材料物理属性相差大,传统钢制车身所采用的电阻点焊连接技术已经难以满足多材料车身的连接需求。

作为高端新能源汽车品牌ARCFOX旗下的首款量产车,ARCFOXαT采用了钢铝混合车身,其中在可能发生碰撞时的传递路径上使用的是高强度的挤压铝型材和铸造铝合金,在前后盖上应用了高拉延性能的铝合金板材,在乘员舱上则应用了热成型的超高强钢。

如何把这么多种的材料完美地连接在一起,是实现安全轻量化车身的关键所在。为此ARCFOXαT车身采用了包括胶接、自冲铆接、热熔钻、MIG焊接、高强度拉铆连接和压铆等在内的不同于传统钢制车身的新型连接技术。

具有应用范围广、载荷分布均匀、变形小等特点。几乎所有的金属和非金属都可以用胶粘剂来连接,甚至它还可以用于连接厚度差异很大的两个部件。由于胶接是面连接,不易产生应力集中现象,对零件的形变影响小。汽车车身结构连接中应用的主要是结构胶和折边胶。

结构胶是用于粘接结构装配件的高强度胶粘剂,具有极好的附着性、耐久性。主要应用于车身骨架中一些结构复杂、设备不可达的部位,以及外观上不能产生变形的区域(外板和内板连接处)。结构胶的应用,可以提高整车的初始刚度及耐疲劳性能。

折边胶是一种比较特殊的胶粘剂,它的剪切强度不高,但弹性极好,粘接强度高。主要应用于车门、前后盖包边的位置,可以避免焊接、铆接造成的凹坑,提高车身的外观质量。

一种机械冷成型技术,通过特殊的铆钉配合模具和高精度的专用设备来实现连接,具有抗疲劳强度高、吸能好等优点,可以轻松实现两层到四层的铝-铝、铝-钢连接。采用自冲铆接不仅可以实现完美的外观平面要求,更兼具了施工过程不产生烟尘火花,环保性能好等优点。自冲铆接的工艺过程可以分为六个阶段:定位阶段、保持阶段、压紧阶段、首层穿透阶段、铆钉尾部扩张和铆钉成形阶段。

通过高速旋转软化并穿透钣金,在板材上形成一个类似翻边孔的结构,随后在轴向压力下挤压并旋入被连接材料,最终形成一个螺纹连接。热熔钻螺钉可以实现单面施工,在钣金与挤压型材的腔体连接或者无法双面施工的情况下发挥了很大的作用。

自冲铆接和热熔钻的应用,前期开发测试是关键。这是一项非常繁琐复杂的过程,需要进行金相、力学、剥离等多项测试,仅金相测试就需要9个标准动作步骤才能完成,每一个板材组合测试时都会形成一份数据记录。经过长达三个月的测试之后,仅测试用板材就超过20000片。设计ARCFOXαT的工程师们则需要在这些数以万计的数据中挑选出最合适的一组参数,并将这些结果在试制和量产阶段进行充分的验证,最终呈现出完美的效果。

将自冲铆接、热熔钻与结构胶进行配合应用,能充分地将两者的优势结合在一起。自冲铆接具有抗疲劳强度高、吸能好的优点,结构胶强度大,抗剪切和防腐蚀性能优异,两种连接技术的配合应用,使得车辆在行驶过程中,每个连接点的强度都得到了有效的保障,从而全面提升车身结构件疲劳强度、车身刚度、防腐等性能。

对于自冲铆接和热熔钻都无法实现的地方,可以采用MIG焊接和高强度拉铆连接。

采用可熔化的焊丝作为电极,以连续送进的焊丝与被焊工件之间燃烧的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属。焊接过程中,保护气体——氩气通过焊枪喷嘴连续输送到焊接区,保护电弧、熔池及其附近的母材金属不受周围空气的有害作用。焊丝不断熔化后以熔滴形式过渡到焊池中,与熔化的母材金属熔合、冷凝后形成焊缝金属。MIG焊接几乎可以焊接所有的金属,尤其适合于焊接铝及铝合金、铜及铜合金以及不锈钢等材料,还具有劳动生产率高、成本低等优势。

利用虎克定律原理,依靠高强度拉铆钉专用设备,在单向拉力的作用下,拉伸栓杆并推挤套环,将内部光滑的套环挤压到螺杆凹槽使套环和螺栓形成100%的结合,从而产生永久性紧固力。

除了以上介绍的新型连接技术,一些传统的连接技术也会用于ARCFOXαT的车身制造中。ARCFOXαT的前后减震塔采用了铝合金铸件,门槛梁使用了铝合金挤压件。由于这些地方需要与底盘、电池等重要零件进行连接,因此也需要应用到螺纹连接。这些地方一般选用的是高强度的压铆螺母,满足了安装点的强度和耐久需求。压铆螺母是通过压力使螺母的花齿挤压入材料中,使材料周边产生塑性变形;压铆螺母分为自冲孔和开预制孔两种。ARCFOXαT车身的铝板上就应用了自冲孔的压铆螺栓一次性成型,具有密封性好、结构强度高等优点。

在与麦格纳、戴姆勒、华为、博世、西门子、SK、哈曼等行业龙头企业的通力合作下,ARCFOXαT使用了近2000多颗不同种类的铆钉、热熔钻螺钉、压铆螺母、螺栓和超过百米的高韧性结构胶,并通过工程师上万次的连接测试,实现了多种材料车身的可靠连接。

最终使得ARCFOXαT在轻量化基础上,实现653km超长续航里程,让你在行驶过程中远离里程焦虑,享受高价值出行。同时高水平车身连接技术的应用,让车身整体保持高强度、高硬度,仿若坚不可摧的“移动堡垒”,时刻为你的行车安全保驾护航。

车身设计包含了七大要素-安全、耐久、NVH、功能、工艺、成本及重量。其中,安全、NVH、耐久代表了车身性能表现;车身设计质量的评价标准取决于这七大要素之间的平衡程度。用最小的成本、重量和工艺投入换来最优的安全性、NVH表现、耐久性并实现相应的车身功能。由此可见,车身轻量化设计并不是单纯的车身减重,而是和车身性能设计紧密联系在一起的一个系统的平衡设计。

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