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碳纤维在汽车上的应用
作者:管理员    发布于:2018-07-19 11:59:15    文字:【】【】【
        

7月12日,“2018中国汽车轻量化产业高峰论坛”在上海隆重举行,论坛以“新技术、新材料、新工艺“为主题,旨在降低汽车自身重量的同时提高输出功率,增加马力,降低噪声,提升操控性和安全性,并对汽车轻量化政策趋势发展,整车轻量化平台化设计方案,关键零部件轻量化技术开发,以及汽车轻量化的多材料应用,以及成本控制分析,新型复合材料的应用等问题全面展开了探讨,交流,沟通。

前途汽车研究院副院长、总经理熊飞,着重就碳纤维复合材料,和与会嘉宾进行了分享交流,熊飞认为

1、合适的材料要应用到合适的地方,才能发挥出最大用,碳纤维对于新生的造车势力而言是一个比较好的替代方案,也是一个比较环保的方案。

2、碳纤维的属性就是材料的本身属性,做碳纤维的目标,就是要让做出来的零部件和车得到市场的认可和接受,要让产品一致性和功能性可重复,实现大规模。可批量生产。

  以下是部分与会嘉宾演讲实录(有部分删减):

 非常感谢主办方,感谢盖世汽车。关于轻量化,很多年以前就有了,我记得第一辆汽车出来的时候,就非常强调轻量化,而事实上轻量化真正在汽车领域得到应用有几个里程碑:第一个里程碑是结构发生变化,传统的承载式变成了承载式车身;第二个重要的里程碑,之所以用碳纤维,是由于连接工艺,而连接工艺最重要的一个里程碑也是激光拼焊,这个技术让不同材料改变了车身,改变了整个结构的强度;第三个是计算机的数字化能够快速的进行分析,平均分配,使轻量化更加合理。

 今天跟大家分享的是碳纤维复合材料,这两年碳纤维的发展应用非常迅猛,2016年碳纤维在全球范围的应用中,汽车业占比12%,其中中国是3%,未来还有非常大的市场发展空间,我们要马不停蹄,大力发展。

但是碳纤维公司到今天为止日子都不好过,做企业都要挣钱的,奥迪A8铝合金从80%降到49%,生产成本是毫无疑问的阻力,现在生产工艺方面日子好过的只有像西格里这样的企业。同样,新能源汽车的压力也非常大,模具、机件、土地、人工、运营等都是生产成本,因此对于新生造车势力而言,我认为碳纤维是一个比较好的替代方案,前途汽车没有涂装,宝马i3也没有涂装,只有焊装和总装,极大的减少生产成本。

 关于新能源汽车的续航里程,一款新能源汽车如果提升10%的续航里程有几种手段可以达到:一是大幅度增加电池的容量,增加输出功率和续航时间;二就是整车轻量化。整车轻量化有几种方案,以冲压为主的全铝车身,钢铝混合车身还有全碳纤维。从工程化来说,碳纤维最低。合适的材料用到合适的地方,前途用的就是碳纤维的。同时,碳纤维也有很多的应用,宝马i3技术和宝马i3下一代车型不再是单纯的碳纤维,而是铝合金骨架加上碳纤维。三是玻璃纤维材料的应用,也是支撑续航的条件之一。

 碳纤维的挑战在哪?大家觉得碳纤维贵,其实铝合金更贵。有的主机厂今天交不出车,不是不想交车,而是工艺、战略等决定了他的战术,我不能说失败,但是会非常困难。特斯拉今天产量上不去的原因不是电池和软件,而是战略决定了它的很多问题。思维模式和战术,限制了公司的发展。

 绝大多数主机厂对碳纤维不够熟悉了解,而实际上用的人也非常少,全球就生产了一台车——前途K50。现在碳纤维用的不多,除了价格贵这个原因外,工程化方面也非常少,在冲压件时有一个特点,冲压件回弹的问题,现在软件很容易控制这个问题,高强钢强度越高厚度越薄回弹性越大,我们做仿真的时候做回弹补偿,钢板加热变大了。但是对于热复合材料不一样,所有的复合材料尤其对于碳纤维来说,碳纤维是各项异性的材料,就像我们肌肉一样,我打你手一拳你可能胳膊都疼了,因为肌肉是相互关联的。另外还有误差,这来源于在铺层设计时,纤维的方向看着设计好了,事实上当中相互牵连,这是设计时的难点。

     碳纤维未来怎么用?碳纤维的属性就是材料的本性,要做碳纤维我们的目的是要让零部件和车得到市场的认可和接受,公司还要挣钱,反过来市场是越便宜越好,对于我们来说需要产品一致性和产品的功能性可重复,今天做了明天还可以做,回过头来做就是这个问题,我举的这个例子。这是非常典型的,这个例子目前这样的结构在什么样的车结构中呢?40万以上的车,这个结构刚才我们谈到后面还是有一些我今天看到一些压铸的大咖会做一些介绍。

     大家知道铝合金,我们的车身是什么车身?全新设计的铝合金型材,你要和其他地方连接,搞个支架,还有顶盖、横梁、卡口。怎么连接?焊接,只要焊接性能下降30%-50%,铝合金只要一焊接衍生率下降8%,下降的后果是什么?载荷过载就会断掉,这个件可以用碳纤维试试,我找一个类似于加强件的思路。我也做了一些结构,6061这是最标准的汽车用件,下面Als10MgMn这个用于减震塔,特斯拉都用的这个材料。这个件非常之贵,我用这个件来做这是我设计的,做完以后我做了一个分析,到底怎么个分析?另外一点工况的设定我可真不知道,我往大了设,同等工况我做相对值对比,对比的结果我发现一个问题,我们看安全系数,铝合金安全余量是1.7倍,用了碳纤维之后安全余量40倍,成本还便宜。因此碳纤维未来想得到应用,合适的材料在合适的地方要有合适的工艺方可。

     关于轻量化,很多年以前就有了,我记得第一驾马车出来的时候强调轻量化,事实上轻量化真正在汽车领域得到应用有几个里程碑,第一个里程碑是结构发生变化,传统的承载式变成承载式车身;第二个重要的里程碑,之所以用碳纤维,是由于连接工艺,而连接工艺最重要的一个里程碑也是激光拼焊,这个技术让不同材料改变了车身,改变了整个结构的强度;第三个是计算机的数字化能够快速的进行分析。

     今天跟大家分享的是碳纤维复合材料,这两年碳纤维的发展应用非常迅猛,2016年碳纤维在全球范围的应用中汽车业占比12%,其中中国是3%,未来还有很大的市场发展空间。

但是碳纤维公司到今天为止日子都不好过,做企业都要挣钱的,奥迪A8铝合金从80%降到49%,成本是毫无疑问的阻力,现在工艺日子好过的只有像西格里这样的企业。同样,新能源汽车的压力也非常大,模具、机件、土地、人工、运营等都是成本,因此对于新生造车势力而言,我认为碳纤维是一个比较好的替代方案,前途汽车没有涂装,宝马i3也没有涂装,只有焊装和总装。

     关于新能源汽车的续航里程,一款新能源汽车如果提升10%的续航里程有几种手段可以达到:一是增加电池的容量,二就是轻量化。整车轻量化有几种方案,以冲压为主的全铝车身,钢铝混合车身还有全碳纤维。从工程化来说,碳纤维最低。合适的材料用到合适的地方,前途用的就是碳纤维的。同时,碳纤维也有很多的应用,宝马i3技术和宝马i3下一代车型不再是单纯的碳纤维,而是铝合金骨架加上碳纤维。

     碳纤维的挑战在哪?大家觉得碳纤维贵,其实铝合金更贵。有的主机厂今天交不出车,不是不想交车,而是工艺、战略等决定了他的战术,我不能说失败,但是会非常困难。特斯拉今天产量上不去的原因不是电池和软件,而是战略决定了它的很多问题。

     绝大多数主机厂对碳纤维不够熟悉了解,而实际上用的人也非常少,全球就生产了一台车——前途K50。现在碳纤维用的不多,除了价格贵这个原因外,工程化方面也非常少,在冲压件时有一个特点,冲压件回弹的问题,现在软件很容易控制这个问题,高强钢强度越高厚度越薄回弹性越大,我们做仿真的时候做回弹补偿,钢板加热变大了。但是对于热复合材料不一样,所有的复合材料尤其对于碳纤维来说,碳纤维是各项异性的材料,就像我们肌肉一样,我打你手一拳你可能胳膊都疼了,因为肌肉是相互关联的。另外还有误差,这来源于在铺层设计时,纤维的方向看着设计好了,事实上当中相互牵连,这是设计时的难点。

     碳纤维未来怎么用?碳纤维的属性就是材料的本性,要做碳纤维我们的目的是要让零部件和车得到市场的认可和接受,公司还要挣钱,反过来市场是越便宜越好,对于我们来说需要产品一致性和产品的功能性可重复,今天做了明天还可以做,回过头来做就是这个问题,我举的这个例子。这是非常典型的,这个例子目前这样的结构在什么样的车结构中呢?40万以上的车,这个结构刚才我们谈到后面还是有一些我今天看到一些压铸的大咖会做一些介绍。

     大家知道铝合金,我们的车身是什么车身?全新设计的铝合金型材,你要和其他地方连接,搞个支架,还有顶盖、横梁、卡口。怎么连接?焊接,只要焊接性能下降30%-50%,铝合金只要一焊接衍生率下降8%,下降的后果是什么?载荷过载就会断掉,这个件可以用碳纤维试试,我找一个类似于加强件的思路。我也做了一些结构,6061这是最标准的汽车用件,下面Als10MgMn这个用于减震塔,特斯拉都用的这个材料。这个件非常之贵,我用这个件来做这是我设计的,做完以后我做了一个分析,到底怎么个分析?另外一点工况的设定我可真不知道,我往大了设,同等工况我做相对值对比,对比的结果我发现一个问题,我们看安全系数,铝合金安全余量是1.7倍,用了碳纤维之后安全余量40倍,成本还便宜。因此碳纤维未来想得到应用,合适的材料在合适的地方要有合适的工艺方可。

 

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