輕量化工藝制造技術的案例
汽車車身輕量化的關鍵工藝制造技術
以客戶群當前的需求來看，汽車車身輕量化是目前廣大客戶群所追求的，車身輕量化不僅能夠有效減輕車身的自重，還能實現節能減排，使汽車保持輕量化的同時達到環保的目的。
這也要求著當前汽車市場需改變發展戰略，改變市場方向，并利用工藝制造技術及輕量化材料來打造符合客戶群需求的汽車市場，以此提高汽車市場的整體發展速度。
汽車車身輕量化的關鍵工藝制造技術控制及研究
輕量化關鍵工藝制造技術
輕量化工藝制造技術主要分為熱成形技術與激光拼焊技術。
首先，熱成形技術是利用熱沖壓高強鋼板材加熱于奧氏體在接近溫度上，然后進行一段時間的保溫工作，使其均勻奧氏體化，再將其快速轉移至具備冷卻系統的模具當中進行沖壓，再對其開展保壓與冷卻工作，使該奧氏體能夠轉化為板條狀馬氏體，提高該材料的整體強熱成形的主要工藝技術如下圖所示。
熱成形技術原理
按照原理來說，高強度鋼在常溫環境下其形狀塑造范圍十分狹窄，并且成形較差，容易使材質出現開裂現象，材質回彈機率大，無法應對當前汽車碰撞所需的安全系數。
而熱成形工藝制造技術則是根據鋼強度鋼制造技術所具備的種種缺陷而發展起來的更完善的一項新型制造技術，該技術能夠使高強度鋼經過產熱沖壓后，將其材質的抗拉強度提升至1700MPa以上，使汽車車身整體重量得到減輕的同時，提高了車身的強度與鋼度，使車身整體更耐撞擊，也具備更高的安全性。
當前，熱成形工藝主要分為兩大類型：
（1）第一是直接成形工藝制造技術。該工藝制造技術是指對板材進行直接沖壓，較為廣泛應用于汽車結構簡單的零件。
展開 汽車輕量化先進工藝技術
在線模壓成型可以實現產品減重30%以上，是實現汽車輕量化的有效手段之一，我國還處于探索階段。圖9在線模壓成型生產的典型汽車零部件。
汽車輕量化連接技術
汽車輕量化連接技術包括激光焊接、攪拌摩擦焊、鎖鉚技術、自鎖鉚、熱熔自攻螺釘以及膠粘連接等技術，通過上述先進連接技術將輕量化構件連接成零部件總成或車身，以達到較好的剛度和結構強度。上述連接技術在汽車零部件的應用情況及在汽車輕量化進程中的發展方向見附表。
展開 汽車輕量化先進工藝技術
汽車輕量化連接技術
汽車輕量化連接技術包括激光焊接、攪拌摩擦焊、鎖鉚技術、自鎖鉚、熱熔自攻螺釘以及膠粘連接等技術，通過上述先進連接技術將輕量化構件連接成零部件總成或車身，以達到較好的剛度和結構強度。上述連接技術在汽車零部件的應用情況及在汽車輕量化進程中的發展方向見附表。
來源：期刊—汽車工藝師
汽車輕量化-鋁合金材料的技術應用及加工工藝整合
鋁合金材料在汽車輕量化中的典型應用
車身輕量化材料
轎車車身輕量化技術主要包括輕量化材料的使用、結構的輕量化設計以及先進的成形工藝應用。輕量化材料使用是車身輕量化的主流，主要分兩類：一類是采用高強度材料，如高強度鋼及高強度不銹鋼；另一類是輕質材料，如鋁/鎂合金、工程塑料、碳纖維、新型玻璃、陶瓷以及多種復合材料等。
表1 江淮部分車身用鋁合金板件
圖1 鋁合金頂蓋充液成形工藝示意
鋁合金具有密度小（鋁的密度約為鋼的1/3）、質量輕、加工成形性好及可重復回收利用等特點。研究表明：與傳統鋼鐵相比，在達到同樣力學性能指標情況下，使用的鋁合金質量比鋼少60%；在承受同樣沖擊情況下，鋁合金板比鋼板多吸收50%的沖擊能量。基于鋁合金材料在汽車輕量化推進過程中的重要角色，其在汽車中的應用范圍也越來越廣，已經從最初的發動機缸體、變速器殼體和輪轂等擴展到了車體的各個重要零部件中。自然而然，這也就促使各汽車企業增強了對新型變形鋁合金材料的研發投入。安徽江淮汽車股份有限公司（以下簡稱“江淮”）部分車身用鋁合金板件見表1。
鋁合金材料技術特點
鋁合金具有質量輕、抗腐蝕能力強、耐用性好及減少行人撞擊傷害等顯著的優點。用于汽車車身板的鋁合金主要有2000系、5000系、6000系和7000系合金。其中，5系列、6系列最適合代替鋼板：5系是熱處理不可強化合金，成形性能良好，可用于形狀復雜的車身零件，主要用于內覆蓋件；6系是熱處理可強化合金，適用于外板等強度、剛度要求高的部位，主要用于汽車外覆蓋件。
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九種最重要的汽車輕量化先進工藝技術
總體來說，鋁合金高壓真空鑄造懸架固定座已經在國外得到批量應用，達到了較好的輕量化效果，但國內還沒有產品化。
七、低（差）壓鑄造成型技術
低（差）壓鋁合金鑄造件的優勢主要在于獲得較高工藝品質的同時，可以生產一體化設計的中空、薄壁、復雜構件。除車輪和缸蓋外，主要用于汽車懸架系統、轉向系統、行駛系統的輕量化構件生產，迄今已在國外高端汽車的上述系統的鋁合金構件生產上得到批量應用，達到了極好的輕量化和提高車輛駕乘性能的效果。在國內，除車輪、缸蓋外，底盤和懸架系統方面的應用較少。
八、復合材料直接在線混合成型技術
為解決傳統注塑和模壓成型低效率、高成本和高能耗等工藝缺點，20世紀90年代初期，德國、美國和法國分別開展了長纖維增強熱塑性復合材料直接在線模塑成型（LFT?D）技術的研究，研發出了短流程、高效率、低能耗和低成本的成型工藝與裝備，如在線注射成型工藝（LFT?D?injecting）和在線模壓工藝（LFT?D?molding）。
在線注射成型適用于制造小型件和復雜零部件，在線模壓成型一般用于尺寸較大、形狀簡單的產品。長纖維增強熱塑性復合材料在線模壓產品現已被寶馬、奔馳、奧迪、馬自達等汽車企業廣泛地應用于后背門內板、儀表板骨架、前端模塊、底護板、備胎艙支架、發動機氣門室罩蓋、油底殼等汽車關鍵零部件。在線模壓成型可以實現產品減重30%以上，是實現汽車輕量化的有效手段之一，我國還處于探索階段。
九、汽車輕量化連接技術
汽車輕量化連接技術包括激光焊接、攪拌摩擦焊、鎖鉚技術、自鎖鉚、熱熔自攻螺釘以及膠粘連接等技術，通過上述先進連接技術將輕量化構件連接成零部件總成或車身，以達到較好的剛度和結構強度。上述連接技術在汽車零部件的應用情況及在汽車輕量化進程中的發展方向。
展開 【技術帖】新能源汽車結構優化輕量化關鍵工藝分析
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新能源汽車結構優化輕量化存在問題
2.1 汽車制造復雜
新能源汽車制造零件、車身、發動機等需要多種材料。但是汽車的各項零件性能隨著食用年限增加，會出現損耗，導致汽車不能充分發揮各項性能，進而影響汽車正常行駛。但是在我國，并未對零件性能做明確規定。當零件運行受阻時，汽車耗能將增大，無法實現新能源汽車低耗能目標。
2.2 輕量化材料應用
隨著人們對環保意識的增強，在汽車制造業中輕量化材料應用較廣。盡管在汽車發展進程中，明確指出輕量化材料在實現汽車輕量化的重要性，但是由于我國使用輕量化材料技術尚不成熟，還處在實制階段。其主要原因是，還未對所有輕量化材料進行準確判斷，不明確哪種材料最適合生產汽車哪個部件。并且我國并沒有出臺關于輕量化材料使用標準，所以在汽車制造過程中使用的輕量化材料還處在摸索階段[6]。
2.3 沒有汽車輕量化標準體系
雖然有相關文件指出汽車輕量化是汽車行業未來發展趨勢，但是由于沒有完整的汽車輕量化標準體系，導致汽車輕量化發展的實現受到阻礙。我國應積極響應汽車輕量化發展，根據汽車行業發展制定標準體系，促進汽車輕量化發展，提升汽車安全、舒適性能。
2.4 使用輕量化材料較少
目前，在汽車制造行業中，鋼強度鋼和低碳鋼是汽車制造主要使用材料。由此可見，在汽車制造中使用輕量化材料較少。這將阻礙汽車輕量化發展，不利于實現節能減排目標。
2.5 汽車設計方式
現階段，在汽車設計階段，大部分汽車還是采用傳統設計理念。并未引進先進設計理念，導致輕量化材料無法真正應用到汽車實際生產中，進而阻礙汽車輕量化發展。
展開 驗證纖維增強材料3D打印技術制造輕量化零件的可行性
摩托車，自行車及跑車制造商KTM是3D打印技術的應用者，KTM 通過旗下KTM 科技（KTM Technologies）開展3D打印相關的研發工作。KTM 科技致力于新工藝的認證和基準測試，他們開展的最新一項3D打印研究是纖維增強復合材料與3D打印技術在制造輕量化零部件領域的應用。
KTM 科技對幾種不同碳纖維、玻璃纖維增強材料進行了研究，根據產品來設置特定的3D打印參數，評估合理的后處理方法。KTM 科技最新的一個研究案例是3D打印輕量化摩托車制動桿，在研究過程中，團隊使用拓撲優化技術進行了制動桿的重新設計，并使用連續纖維增強塑料（CFRP）復合材料以及3D打印技術制造制動桿。
替代金屬
KTM 科技的主要工作是開展復合材料的應用，該公司起源于2007年，當時KTM Sportmotorcycle 決定實現 CFRP跑車的小批量生產，為了實現這一目標，KTM 組建了一支經驗豐富的輕型和碳復合材料工程師團隊。根據3D科學谷的市場觀察，此后通過建立復合實驗室以及內部3D打印/增材制造系統的投入使用，KTM 科技進一步增強了在復合材料應用開發領域的技術實力。
KTM 集團安裝了多種3D打印設備，包括選區激光熔融、選區激光燒結、多射流熔融，以及熱熔長絲擠出、光固化設備。
復合材料技術與3D打印/增材制造工藝，使KTM 能夠開發一些具有復雜三維結構的聚合物零件，這些零件可承受標準載荷情況。KTM 的技術解決方案是使用負載路徑定向連續纖維增強塑料，從而使3D打印復合材料零件實現裝載情況。
KTM 科技通過3D打印制動桿的研究，驗證了3D打印和纖維增強材料在輕量化部件制造中的潛力。
展開 輕量化汽車制造，自沖鉚接（SPR）機器人技術應用創新
近年來，新能源汽車產業逐漸興起， “輕量化”成為發展趨勢，車身變輕對于整車的能耗、車輛控制穩定性與碰撞安全性等方面頗有益處。而輕量化的關鍵點在于“多材料結構”的設計，在車身不同位置使用不同材料。其中，鋁合金憑借其低密度、高強度、耐蝕性等性能，得到廣大汽車制造商的青睞，并在車身設計制造中得到充分的應用。
鋁合金是否能快速應用于汽車行業很大程度上取決于鋁連接工藝的發展，特別是關于鋁鋼異種材料的連接工藝。其中，SPR自沖鉚接工藝克服傳統鉚接工藝的外觀差、效率低以及工藝復雜等缺點，實現沖、鉚一次性完成，且連接過程不破壞板材的鍍層，為汽車車身的連接開辟了新途徑。目前，SPR技術已經成為歐美高端車型制造中的關鍵連接技術之一，并且成熟應用于寶馬、奧迪、美洲虎和沃爾沃等汽車的鋁鋼混合車身連接中，其中僅美洲虎鋁制車身連接中SPR鉚釘的使用已達3000多個。
為了使SPR工藝得到更廣泛的應用，眾多國內外企業和機構對SPR工藝研究進行創新性的研究，包括對其連接方式的重點關注，其中就有51ROBOT，作為工業機器人一站式服務平臺， 在SPR的研究和運用上，51ROBOT利用自身優勢，整合行業機器人、自沖鉚接工藝優良技術等優勢資源，聯合設立SPR連接技術實驗室，為客戶提供專業的自沖鉚接機器人系統解決方案。
從SPR工藝技術中突破
SPR工藝是通過液壓缸或伺服電機提供動力將鉚釘直接壓入待鉚接板材，待鉚接板材在鉚釘的壓力作用下與鉚釘發生塑性變形，成形后充盈于鉚模之中，從而形成穩定連接的一種全新的板材連接技術。
根據鉚釘的形狀，SPR自沖鉚接工藝可以分為：無鉚釘自沖鉚接、實心鉚釘自沖鉚接、半空心鉚釘自沖鉚接。在汽車車身連接中，既要考慮連接靜強度和疲勞強度又要考慮車身輕量化，因此大多數汽車生產企業選擇將半空心鉚釘自沖鉚接工藝應用于輕量化汽車車身薄板的裝配。
展開 "探索3D打印新境界：Altair Inspire輕量化設計軟件引領增材制造技術革命！"
隨著3D打印技術的不斷發展，增材制造已成為現代制造業中最具前景和潛力的領域之一。然而，由于其特殊的制造方式和材料選擇，增材制造的設計過程相對于傳統制造更加復雜，需要考慮更多的因素。為了解決這個問題，Altair公司推出了一款專門針對增材制造的設計軟件——Altair Inspire。
Altair Inspire是一款基于拓撲優化和仿真分析的輕量化設計軟件。它通過自動化分析和優化功能，幫助用戶快速生成高效且輕量的結構設計。與其他三維軟件相比，Altair Inspire有很好的兼容性，它可以與SolidWorks、CATIA、Creo、NX等常見的CAD軟件無縫集成，使得用戶可以更加自由地進行設計，方便用戶進行協同設計和數據交流。
在增材制造中，Altair Inspire的應用非常廣泛。它可以幫助用戶優化3D打印結構的支撐、減少零件重量、提高零件強度等等。同時，Altair Inspire還支持多種材料的設計，能夠滿足不同材料的制造需求。
Altair Inspire可以根據用戶的要求自動生成最優化的結構設計，減少了憑經驗設計的時間和風險。其次，Altair Inspire還可以對結構設計進行強度和剛度分析，確保設計符合工程要求。最后，Altair Inspire還可以根據材料特性和制造工藝要求，優化材料分布，進一步提高產品的質量和性能。
除了以上優點外，Altair Inspire還具有簡單易學易用的特點，與其他三維軟件相比，Altair Inspire的操作界面更加簡潔明了，用戶只需掌握一些基本知識就可以開始工作，適合各種不同經驗水平的用戶使用。Altair Inspire提供了各種豐富的學習資料和軟件使用教學視頻，包括在線課程、實踐案例、論壇交流等等，方便用戶隨時隨地學習和提問。
展開 減材制造的拓撲優化，為增材制造輕量化組件帶來新思路
南極熊導讀：對于減材工藝，現在的計算機軟件可以輕而易舉地生成對應的輕量化形狀，但這卻增加了制作成本和浪費。不過將這種生成的輕量化形狀用增材工藝來制造，或許又是一條新的思路。
與更傳統的制造方法相比，增材制造（AM，又稱3D打印）的"自由復雜性"經常被吹捧為主要優勢。用3D打印制造輕量化、仿生形狀或晶格結構的能力經常被譽為選擇它的理由。但是，如果這些仿生部件也可以很容易地用傳統方法制造呢？
當然，有些形狀只能用3D打印制造，但如果可以捕捉到所有加工過程中的可加工性、工具可及性和夾具的設計準則，然后再應用計算機算法去生成一個輕量化零件呢？如果是這樣的話，那么使用3D打印衍生出的設計軟件工具可以很容易地幫助加工。
在我們深入探討這個問題之前，你可能想知道計算機算法如何能夠自行生成輕量化零件。事實證明，這比你想象的要容易，這些計算機算法，傳統上被稱為拓撲優化，已經存在了大約與3D打印在市場上的時間一樣長。
賓夕法尼亞州立大學工程系學生，從左到右，Gracie Chiodo、Jennifer Aklilu、Yanen Huang和Luke Fichner使用AutoDesk Fusion 360為他們的NASA畢業設計項目生成了一個輕量化結構（發起人：Ryan McClelland），Protolabs在不到一天的時間內輕松完成了加工。圖片來源：Gregg Stoklosa
最基本的是，拓撲優化使用數學算法，通過從三維實體模型中去除幾乎沒有負載或力和扭矩的區域的材料來實現輕量化結構。它最常被應用于結構分析，但算法也被開發用于流體流動、傳熱和幾乎所有可以在計算機上離散、建模和分析的物理現象。
展開 FDS 輕量化連接新工藝
小弟目前正在做FDS 的仿真，有沒有正在做或者感興趣的，歡迎一起探討
直播丨航空航天行業增材制造的設計自由化、輕量化和供應鏈革命，內附資料
增材在很多專家眼里有潛力成為下一個工業革命的關鍵技術，改變全球工業制造的版圖。
增材制造在航空航天的應用已經被很多公司所接受，比如西門子正在研究使用增材制造打印燃氣輪機葉片、GE使用增材制造來打印LEAP的燃油噴嘴、中國正在測試在太空進行3D打印以備以后空間站使用增材制造進行備件制造。
????點擊此處立即報名????
相信在不久的將來，增材制造將用一種全新的方式來重新定義飛行器制造。這次直播將為中國航空航天行業的企業家、工業專家、科研人員、政府機構等介紹西門子如何幫助航空航天行業更好的使用增材制造，包括如何更好的進行增材制造的設計、設計輕量化的零部件，如何使用增材制造優化航空航天的供應鏈等。 誠摯邀請你來參加這次直播以了解西門子端到端解決方案如何來幫助你的增材制造旅程。
課程受眾
航空航天行業的增材制造部門負責人、增材數據準備工程師、機械設計人員、仿真工程師、研發人員、科研人員等。
講師簡介
嚴輝，復旦大學管理學碩士，上海理工大學機械制造及其自動化碩士，現任西門子工業軟件亞太區增材制造業務拓展總監，負責西門子增材制造解決方案在亞太區的推廣。從事增材制造行業超過10年，加入西門子之前，曾在Materialise工作9年多，歷任Materialise大中華區銷售總監、高級客戶經理、應用工程師等職，有著豐富的增材制造行業背景和技術背景。
盛家泊，聯宏科技技術總監，西門子認證CAD/CAM專家，西門子高級認證講師。15年數字化服務經驗，對西門子數字化制造有全方位的認識，尤其對數字化/智能化技術、MBD技術在企業中的應用、企業知識體系建設、產品知識工程、數字樣機技術、數字化工藝、數字仿真技術等有很深的造詣。
展開 知名車企前沿輕量化工藝匯總
鋼、鋁等合金材料及熱塑工藝、結構部件的設計也成諸多車企輕量化戰略中的重要組成部分。
索爾維增材制造輕量化產品助力近地軌道航空項目
全球領先的高性能聚合物供應商索爾維集團宣布，向牛津高性能材料公司(Oxford Performance Materials)供應高度創新的增材制造(AM)輕量化產品，幫助其開發和生產雄心勃勃的波音公司近地軌道航空項目用部件。
“索爾維將自身定位為滿足各種極具挑戰的先進交通運輸應用AM技術和工藝需求的材料科學領先供應商。”索爾維特種聚合物事業部全球航空業務開發經理Armin Klesing介紹，“穩定一致的產品質量和強大的供應鏈保障，是能夠在這個快速成長的市場及時制造極高標準的部件至關重要的因素。”
牛津高性能材料首席商務開發官Bernard Plishtin補充道：“從項目一開始，我們就不單是要顯著節約重量和成本，同時還要大幅削減產品上市時間。索爾維為我們可靠供應3D打印航空結構特殊增材制造工藝用高性能材料使這一目標成為可能。”
索爾維特種聚合物是熔融長絲制造(FFF)和選擇性激光燒結(SLS)領域全球最前沿的增材制造(AM)材料解決方案領先供應商。公司的增材制造AM平臺包括美國喬治亞州阿爾法利塔市、法國里昂和比利時布魯塞爾的生產設施，提供的產品包括FFF工藝用AvaSpire?聚芳醚酮(PAEK)、KetaSpire?聚醚醚酮(PEEK)和Radel?聚亞苯基砜(PPSU)，以及SLS工藝用聚醚酮酮(PEKK)和Sinterline?Technyl? PA6 粉末。
環氧樹脂固化劑廠家https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=hysz
展開 全球8大車企前沿輕量化工藝匯總
相反，許多車企紛紛從工藝及合金材料著手，在提升汽車部件強度的同時減輕車重。鋼、鋁等合金材料及熱塑工藝、結構部件的設計也成諸多車企輕量化戰略中的重要組成部分。
