不只是一体式压铸，车身与底盘轻量化还能怎么玩？
- 来源：盖世汽车
- 2023/7/12 10:02:17
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“3060”双碳目标下，轻量化需求越来越紧迫，各家车企、零部件企业都想方设法发展轻量化，向低碳减排快速迈进。
这不难理解。
据中国乘用车样本调查结果显示，车重每减少10%，油耗就降低7.5%-9%，尾气排放也会随之有相应的降低；电动汽车车重每减轻10%，续航里程就会提升5.5%。
不仅如此，在保证安全强度的前提下，汽车重量越轻，加速时间越短，车身动态响应更灵活，制动距离、车身震动和噪音也会减少。
从消费者角度来看，伴随着对汽车驾乘体验要求的不断提高，轻量化带来的经济性、安全性和舒适性等方面的提升都将更加符合消费者的实际需求。
关键问题是，轻量化的空间在哪？又如何持续推进？
近日，在麦格纳举办的“黑科技来了”直播栏目中，针对占到整车质量半壁江山的车身与底盘结构件，麦格纳车身与底盘系统事业部给出了自己的轻量化“解题思路”。
三大主流创新方向
就车身与底盘结构件而言，麦格纳认为，实现轻量化的途径主要包括材料、工艺和设计三个方向。
一、轻量化材料：采用高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维等轻量化材料代替普通钢材料，通过降低材料用量或降低密度实现减重；
二、轻量化工艺：发展一体化铸造、激光拼焊、液压成形、轻量化连接等制造工艺，整合零部件或连接件用量实现减重；
三、轻量化设计：通过计算机自动化设计软件和力学理论对现有零部件进行尺寸优化、形状优化、拓扑优化实现产品减重。
麦格纳的产品创新也具体体现在这些方向上。
例如其五空腔单元防撞梁。麦格纳设计了能够提升碰撞性能并减轻重量的防撞梁结构。通过多参数优化壁厚和空腔大小，使得防撞梁的截面具有更高的抗弯能力，从而实现大幅减重。据悉，相比传统截面设计下的防撞梁，五空腔单元防撞梁减重高达15%。且该结构的空腔大小可自由调整，壁厚也可自由组合，在满足同样碰撞性能的条件下占用空间更小。
再如热成型一体式门环。麦格纳既有不等壁厚、不同材料的激光拼焊热成型门环，也有单一热成型材料，结合局部软区技术、补丁板技术的门环。相较于传统的门环设计，在满足相应碰撞性能要求的条件下，热成型一体式门环可实现减重20%，同时也大幅减少零件数量，减少焊接，简化制造流程，一体式热成型门环也有更好的尺寸精度。
还有高压铸铝副车架。麦格纳一体式高压铸铝副车架在设计上减少了纵横梁搭接，并将转向器、控制臂、稳定杆等所有硬件集成在一个铸件上。这样的设计结构更安全、性能也更强，尺寸稳定性也更好。更重要的是，相比钢制副车架，减重可达20-30%左右。
此外还有碳纤维复合材料副车架。麦格纳与福特合作研发了一款兼顾产品稳定性与工艺可行性的前副车架。该产品采用碳纤维材料与金属零件进行共同注塑，通过两个碳纤维零件和六个金属零件替代掉原有的45个钢制零件，零件数减少了82%，极大降低了工序及模具数量。相较于使用钢质冲压件，可使重量降低29%。
通过这些案例也可看出，轻量化材料、工艺和设计三个方向并非是割裂的，而应综合考虑。在此次直播栏目中，麦格纳车身与底盘系统事业部工程中心研发经理徐子卿也强调了这一点。
他具体指出，五空腔单元防撞梁在铝型材工艺基础上，对横梁截面进行了进一步的优化，这是一个设计上的创新；热成型一体式门环，在传统分体式门环的基础上，进行了工艺及设计上的优化；碳纤维复合材料副车架的研究，则是对轻量化材料与工艺的全新探索。
一体式压铸的可能性
2020年，马斯克首次宣布，将一体化压铸技术用于生产Model Y后车身底板的生产，并将逐步用2-3个大型压铸件替换整个车身底板370余个结构件。自此，一体化压铸成为行业热门话题，近两年也越来越多的车企、零部件企业进行相关布局。
作为实现汽车轻量化的重要途径，麦格纳自然有所布局。在此次直播栏目中，徐子卿提到，麦格纳在该领域早已进行了卓有成效的探索。
前文也提到，麦格纳高压铸铝副车架采用的正是一体式高压铸铝技术。事实上，不只是副车架，麦格纳一体式高压铸铝典型产品还包括前后减震塔、纵梁、铰链柱总成、前后底板、电池壳体等。
据悉，通过这一技术，麦格纳将车身零件的工艺流程大大简化。通过一体式高压铸铝工艺制造的铝铸件，大幅减少了车辆内的零件数量。且麦格纳高压铸铝配备了专利的真空系统H-Q-CAST,可以做更薄的壁厚的零件，更好的零件表面和内部质量。据麦格纳透露，使用高压铸铝相对传统的冲压、焊接总成，减重可达25%左右。
徐子卿表示：“零件整合的应用是非常广泛的，例如中央通道，前车身铰链柱，前/后减震塔、后纵梁、内外扭矩盒等零件等。”
据他介绍，在某一美系高端品牌车型项目中，麦格纳用了13副高压铸铝模具，为同一车型开发和生产了零件。将钢结构的设计改成了高压铸铝零件，零件数从227个锐减到31个，“一体式高压铸铝的优势显露无遗。”
此外，他还透露，对于大型的一体化压铸，麦格纳也一直有相应的研究。“比如说我们的免热处理压铸材料，以及相应的工艺的技术储备。我们目前也在和客户不断地探讨，如何在中国推进大型一体化压铸布局。”
更多探索
除了现有的产品与技术外，麦格纳车身与底盘系统事业部还在做更多的探索与研究。据徐子卿介绍，其最新举措有以下几大方面：
·第三代高强钢，具有更高的强度和更好的成型性，可用冷冲工艺生产产品。
·新型可持续铝合金，与A365型合金相比具有更高的强度，生产工艺上减少能耗并降低二氧化碳排放量。
·智能MIG焊接，该工艺具有闭环反馈系统，能跟踪焊缝的焊接参数，并精确测量焊缝表面形状，该工艺将会显著提高产品质量。
·热成型工艺中的快速淬火技术，可缩短热冲压淬火时间，大大提高生产产能，降低成本。
·AR检测技术，对零件进行实时检测，提高检测效率，保证产品质量，AR检测技术可检测零件缺失的特征，如螺柱、焊接螺母和点焊，同时提供零件100%的可追溯性。
当然，麦格纳这一事业部在轻量化方面的探索还包括新能源汽车相关产品与技术的开发。
据悉，麦格纳已顺应电动化趋势开发全新产品，比如麦格纳开发制造的电池壳体已经在北美市场量产应用，在国内纯电动电池壳体项目的量产开发也在有序展开。
值得注意的是，麦格纳在这一板块的创新还涉及CTC电池底盘一体化。
在此次直播栏目中，麦格纳车身与底盛事业部产品工程经理孔令波指出，CTC，简单地讲，就是将电池壳体与车身地板、门槛梁等下车体结构件进行整合集成设计，因此可以去除当前独立的电池壳体的冗余结构，从而实现轻量化，以及获得更大的一个电池承载空间。
他表示：“CTC首先就是通过设计路径来进行轻量化，麦格纳在CTC电池壳体设计方面有多年的研究，也有相应的成熟的技术方案。另外我们的轻量化材料应用、热成型超高强度钢应用，以及高压铸铝等技术，可以进一步实现减重效果。麦格纳各种钢铝成型技术，以及相应的连接技术，比如激光焊接、FDS、SPR、搅拌摩擦焊，在轻量化电池壳体方面都有着非常广泛的应用。”
总而言之，车身与底盘轻量化还有不小的挖掘空间。徐子卿表示，供应商应综合市场需求情况，与客户共同探讨，找到一个最优的轻量化解决方案。
当然，他还提到，参与的时间点非常关键。“根据我们多年来的工程经验总结，供应商设计团队参与项目的时间点也是非常关键，如果客户的项目，能够让我们在越早的时间点介入进去，那么我们就能为客户提供更多的轻量化设计及优化设计思路。”
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