第4届汽车轻量化技术展报告 (1)

高强度钢板和轻金属的利用、3D打印机

2014/02/17

概 要

ホンダFitのホワイトボディ
H-ONE展出的本田Fit的白车身

  2014年1月15日-17日第4届汽车轻量化技术展作为Automotive World 2014的一部分,在东京国际展览中心(东京Big Sight)举行。本届参观人数明显多于上届,场馆氛围热烈。特别是设于会场入口附近的树脂相关产品展位聚集了大量参观者。

  本报告将首先介绍使用超高强度钢板制造车架零部件的H-ONE及ArcelorMittal的展出。此外,还将重点介绍镁、铝等轻金属相关的展出、以及3D积层造型法(3D打印机)。

  关于利用树脂化实现轻量化的后续报道(第2篇)将于近期登载。

相关报告:
第5届EV/HEV驱动系统技术展的采访报告(2014年2月)

2013年展会报告
第3届汽车轻量化技术展报告
(1):积层造型法及轻金属(2):通过树脂化实现轻量化

 



超高强度钢板:H-ONE和ArcelorMittal的展出

H-ONE

Fit的白车身   本田第三代飞度的白车身(包括车门、发动机罩)中,零部件数量的34%为H-ONE产品,重量占30%。此次展出该车车身的左前部分。
Fitのホワイトボディ Fitのホワイトボディのフロントホイールハウス部分
第三代本田飞度白车身的一部分 飞度白车身的前轮罩部分。通过多加一个点焊(规尺比量的部分),使板厚变薄0.1mm。
フロントサイドフレーム
前侧车架利用激光拼焊工艺,将不同强度的钢板组合在一起。正中央黑线的左侧(车辆前方)使用590MPa材料、右侧(车辆后方)使用780MPa材料。

 

超高强度钢板的冷加工技术   另外,H-ONE主推超高强度钢板(UHSS)的冷加工技术。展会上对B柱中使用UHSS的事例进行了介绍。 2004款车型使用的是590MPa材料,需结合使用强化材料,因此B柱重约5.8kg。 2010款车型使用的是980MPa材料,因此无需强化材料,实现了37%的轻量化,约重3.7kg。
  目前公司正在研究1180MPa材料的使用,届时还能再减轻10%。作为试制品,还展出使用1470MPa材料的B柱。冷加工的特点为成型时间比热加工缩短近5倍。
エイチワンが展示した1470MPa材を用いたBピラーの試作品 H-ONE展出的使用1470MPa材料的B柱试制品。尽管没有裂纹,但精度依然欠佳。

 

ArcelorMittal

S-in Motion   ArcelorMittal集中展出的使汽车零部件轻量化的钢铁零部件及解决方案。拥有面向C级车的43个解决方案。
S-in Motion B柱   使用激光焊接工艺的热加工成型B柱。重量为4.9kg,约减轻11%。上部采用高强度钢材(Usibor)、下部使用能量吸收性能卓越的钢材(Ductibor),兼顾高强度和冲击吸收性。
门框   热加工成型的前门框。使用4种不同厚度、强度的钢材。配套给本田的雅阁、Acura MDX。
轻量钢铁门的开发   开发比目前前门(18.3kg)减轻27%的轻量门(13.3kg)。使用的1300MPa以上超高强度钢板占整体的14%。比S-in Motion系列的车门(14.5kg)还轻。进一步轻量化至12kg的车门也在开发中。
S-in Motion Bピラー フロントドアフレーム
S-in Motion B柱 前门框

 



镁的利用:NNH、栗本铁工所的展出

NNH:镁压铸产品

镁压铸方向盘芯骨   NNH主要为电气产品配套镁压铸产品。此次汽车零部件方面展出方向盘芯骨。为丰田普锐斯、日产车、本田车配套。
  据公司宣传,镁比铝更轻、加工性能更好、吸震性能也更优越。弱点是抗腐蚀性较差,需要进行表面处理,以及溶解物和碎屑易燃。另外材料费较高,约为铝的1.5倍。

マグネシウム ダイキャスト製 ステアリング芯金

镁合金的特性
  比重 切割加工所需的动力差 弯曲强度及刚性 变形抗力
镁(合金)
1.8
Mg合金=1
铝(合金)
2.7
Al合金=1.8
7.9
铁=6.3
×
×

(资料):MarkLines根据NNH的宣传资料制作

 

栗本铁工所:开发中的铸造用耐燃耐热镁合金

铸造用耐燃耐热镁合金   栗本铁工所正在开发具有耐燃性、耐热性的镁合金。拥有200℃的耐热性和1000℃左右的燃点,即使在溶解状态下也不会着火。可作为铝及工程塑料的替代材料。推广使用还面临成本及抗老化性能确认等课题。
鋳造用難燃耐熱 マグネシウム合金 铸造用耐燃耐热镁合金的宣传板



其他金属零部件的轻量化:深井制造所和大同工业的展出

深井制作所:压花技术 embrella

金属板 蜂窝状排列 压花技术   embrella   深井制作所推出对金属板进行蜂巢状压花加工,使金属板厚度变薄的同时确保其刚性的embrella技术。厚度为0.5mm的平板和进行该加工的厚度为0.35mm的金属板相比,质量减至70%的同时可确保其刚性维持在97%。使用薄板还可控制材料费用。
  只需在制作平板零部件的模具中多留出一些空间即可进行该加工。不仅铝,铁、不锈钢也可进行此加工。公司已经取得该项技术的专利,今后将向其他公司提供生产许可。
  用于富士重工XV HYBRID的电池盖、三菱Outlander PHEV地板下隔热板等。已向印度Ashok Leyland提供许可,还用于其轻卡Dost的隔热板。
富士重工のXV HYBRIDのバッテリーカバー Ashok Leylandがライセンス生産する小型トラック Dostの遮熱板
提供给富士重工XV HYBRID的电池盖 Ashok Leyland生产的轻卡 Dost的隔热板

大同工业:无声链的轻量化及低摩擦化

无声链的轻量化   将作为驱动发动机凸轮轴的正时链条使用的无声链轻量化。与现有产品相比,单位强度可削减重量约15%。对链条的销钉部分进行特殊表面处理,通过优化齿轮盘的厚度・形状・生产方式,降低链条的重量。该无声链被第一汽车高端三厢车红旗H7的2.0L直列4缸涡轮发动机作为正时链条、油泵链条采用。
低摩擦链   此外,还开发出通过对链条背面进行拱形加工(R形状)、及研磨处理,降低摩擦阻力的低摩擦链。用于本田微型车N-BOX、N-ONE、N-WGN中搭载的660cc发动机。
大同工業は第一汽車の2.0Lターボエンジンへチェーンシステム一式を供給。右端は同社のサイレントチェーン一覧。 DXE シリーズ
大同工业为第一汽车的2.0L涡轮发动机配套整套链条系统。右侧为该公司的无声链一览。 为本田微型车N系列配套的低摩擦链

 

 



3D积层造型法

ASPECT

  ASPECT从事公司自主开发的大型粉末烧结积层造型装置RaFaEl的销售,并提供使用该装置的造型服务。公司RaFaEl系列可以使用的材料为尼龙12以及与玻璃珠、玻璃纤维、碳素纤维配合使用的材料。此外,尼龙11、聚丙烯聚苯乙烯、合成橡胶等也可使用。还展出使用钛合金材料的试制品,但精度并不理想
  据该公司人员介绍,利用3D打印机制造的产品至多用于试制中的形状确认以及少量生产。并不适用于量产车的零部件、模具生产。

粉末床溶融结合装置

产品名 工作尺寸 CO2激光束径 备注
RaFaEl 550 550×550×500 0.48mm   由于工作尺寸的大型化,轮毂及进气歧管等大型产品无需分割即可一体造型。工作尺寸大型化后,造型区域的温度管理变得困难,但通过新设底座加热器可解决这一问题。
RaFaEl 300 300×300×400 0.30mm   通过将CO2激光束径控制为0.30mm,可进行高精细造型。电子产品、计算机等为目标市场。
RaFaEl 150 150×150×200 0.18mm   通过将工作尺寸小型化,将CO2激光束缩至0.18mm,可进行更为高精细的造型。
RaFaEl で造形したドアトリム RaFaEl で造形したインパネ
利用3D打印机造型后打磨涂装的门板和仪表板。材料均使用尼龙12。
ホンダ Accord PHV 外部給電インバーターボックス
利用3D打印机造型的进气歧管。材料使用尼龙12加上碳纤维。具有强度高、热变形温度高的特点。 利用3D打印机造型的钛合金制样品。

 

KOIWAI

  KOIWAI自2007年起开设3D打印机积层砂型铸造服务处。3D打印机积层砂型铸造比传统的砂型铸造法可节省3分之2的时间,目前为IHI及三菱重工提供样品。
  此外还使用金属积层造型机,提供金属粉末积层品的造型委托服务。目前已获得来自试验机构的委托。
積層砂型のサンプル品 金属粉末積層品のサンプル
积层砂型的样品 金属粉末积层品的样品

 

ALTECH

  ALTECH为Stratasys(在美国和以色列两国拥有总公司的3D打印机公司)在日本的销售代理。Stratasys销售2种不同方法的3D打印产品。
  一种为树脂喷射式的OBJET系列。逐层以油墨喷射的方式喷射液态树脂,利用紫外线灯硬化后造型。最小可以16微米的层压间距造型,因此可进行精细造型。还可同时使用2种不同的树脂。使用的树脂材料为橡胶、ABS、PP系等。造型后的产品存在耐热性差、质软的弱点。
  第二种为热熔融积层法(Fused Deposition Modeling: FDM) 的FORTUS系列。将热可塑性树脂融为半液态状后进行积层,后造型为立体形状。由于使用工业用热可塑性树脂,因此可制造坚硬的零部件。
ポリジェット方式のOBJETシリーズで作成した試作品。 FDM方式のFORTUSシリーズを使ったランプカバーの試作品。

利用树脂喷射式OBJET系列制作的试制品。手掌纸制品使用2种材料对透明手掌中的骨骼造型。

利用FDM方式的FORTUS系列制造的灯罩试制品。使用半透明的ABS树脂。
FORTUSシリーズを使ったチャイルドシートの機能プロトタイプ
使用FORTUS系列的儿童座椅的原型。91×61×91cm一体成型。

 

CMET

  CMET从事光造型装置Rapid Meister的销售。使用紫外线激光照射液体状的光硬化性树脂,使之逐层硬化生成立体物。公司还开发出用于光造型装置的具有耐热性的透明树脂(TSR-884)。利用该树脂光造型的透明发动机缸体,可对其内部液体的流动状态进行确认。
  公司还开发出可替代熔模铸造法的铸型制造法“光造形精密铸造法”。使用燃烧后气化,没有灰质残留的树脂TSR-883,利用光造型制作主模型,并利用其制作铸型。无需熔模铸造法必须使用的模具,特别在少量生产时,可大幅削减成本,缩短交货时间。
透明耐熱樹脂で製作したエンジンブロック。 透明耐熱樹脂で製作したカーランプ。

利用透明耐热树脂制造的发动机缸体。形状确认、性能评价样品。

利用透明耐热树脂制造的车灯。
光造形精密鋳造法で作成したマスターモデル(透明)と鋳造部品(灰色)。
光造型精密铸造法制造的主模型(透明)和铸造零部件(灰色)。

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