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汽車的輕結(jié)構(gòu)趨勢引發(fā)新材料新工藝
2017/02/06
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伴隨著汽車的優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)輕量化歷來是汽車設(shè)計師們考慮的一個重點，一系列新設(shè)備、新材料、新工藝、新方法，應(yīng)運而生。輕結(jié)構(gòu)傾向在汽車制造中的發(fā)展，無疑使各種各樣的材料品種迅速增多，新的焊接與切割方法迅速擴(kuò)大。這方面，專家們列舉了大量的事例，包括新的經(jīng)改善的熱處理技術(shù)、粘接材料以及機械連接技術(shù)。對汽車車身輕結(jié)構(gòu)件及其各種連接技術(shù)可看出制造技術(shù)發(fā)展新趨勢。
具有應(yīng)用前景的更輕質(zhì)鎂合金板結(jié)構(gòu)件
汽車制造商已經(jīng)把鋁合金、高強度鋼、復(fù)合材料和塑料作為其輕量化結(jié)構(gòu)的主要材料。除此之外，一種更輕的材料---鎂合金，在近幾年里得到進(jìn)一步研究和開發(fā)。在國際車體專家社團(tuán)(IRE：Internationales Rohbau-Expertenkreis)的專業(yè)會議范圍，Salzgitter鎂材技術(shù)有限公司(SZMT)(Salzgitter Magnesium Technologie GmbH)通報了其鎂合金板產(chǎn)品的生產(chǎn)現(xiàn)狀以及在汽車批量制造中的應(yīng)用情況。
汽車制造商對可用作高剛性薄壁結(jié)構(gòu)件薄板的鎂合金扁軋產(chǎn)品的興趣，在于其不易破碎特性。在近幾年里由于投入了大量的研究和加大開發(fā)力度，這種優(yōu)質(zhì)輕板材的品質(zhì)和可用性得到持續(xù)不斷的改善。然而，今天的鎂合金板其使用條件，仍然要求與其它車身材料一種有效和性能優(yōu)化的結(jié)合。這就是說，這種相對不那么貴重并只限于可冷軋成形的鎂合金板，必須結(jié)合成混合結(jié)構(gòu)，同時要求就特別防銹的連接、涂覆和裝配方法加以更新。
(1)現(xiàn)狀與輕結(jié)構(gòu)潛力
SZMT公司已經(jīng)成功地從實驗室過度到一種工業(yè)規(guī)模的制造。SZMT的鎂輥軋設(shè)備能夠進(jìn)行從壓鑄的板坯到軋制成薄扁材等各種不同初加工材料的多用途加工。那就是要盡可能快地提供符合市場需求的扁軋產(chǎn)品。目前已經(jīng)達(dá)到了在汽車制造中成批應(yīng)用的第一個目標(biāo)。保時捷Carrera GT車駕駛員艙操縱機構(gòu)中間托架上的面板就是用鎂合金板。這種要求極高的軋制件，是在激光切割之后還要進(jìn)行一次表面處理(鍍鉻)而獲得。此外，這樣的面板在汽車上作為內(nèi)部空間的一個主要結(jié)構(gòu)件。
鎂合金板所具有的優(yōu)點，首先體現(xiàn)在抗彎強度高或者抗彎曲強度大的情況下具有極輕的重量，體現(xiàn)輕結(jié)構(gòu)的潛力。在汽車制造中，它特別適用于大面積薄壁的車身或者內(nèi)飾件。鎂合金結(jié)構(gòu)件可能比鋁合金結(jié)構(gòu)件輕達(dá)25%。此外還具有一種良好的吸能特性，因而它也特別適用于制造碰撞相關(guān)零部件。
(2)鎂合金薄板以及成型與變形技術(shù)
SZMT公司按尺寸精確制造的鎂合金薄板坯，其尺寸達(dá)到寬1500mm(大到1900mm)，長2000mm，板厚到1.0mm。這種鎂合金薄板的材料標(biāo)記為AZ 31 B-0，其抗拉強度為240-260MPa，屈服強度為140-180MPa。它特別突出的優(yōu)點，是具有比塑料更好的熱穩(wěn)定性和鋁合金相稱的低熱膨脹系數(shù)，以及一種金屬材料通常的回收能力。
鎂合金板變形在200℃以上急驟增加。在結(jié)構(gòu)件設(shè)計上，為迎合鎂合金板的特點其幾何形狀應(yīng)園滑過渡，(無尖銳棱邊和拐角)?，F(xiàn)在大面積車身零件可用深拉工藝過程獲得。此外，通過適當(dāng)?shù)谋“宀馁|(zhì)和可靠的熱變形技術(shù)相結(jié)合，可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的復(fù)雜形狀鎂合金軋制。為此，需要采用溫度穩(wěn)定性好的水溶性潤滑劑。其后的沖壓和打孔操作都可以采用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)工具進(jìn)行冷加工方式。
(3)汽車活動頂蓋加強件
汽車活動頂蓋由一塊鋁合金外板和一塊1.5mm厚的AZ31薄板組成。熱變形(在大約230℃溫度下)鎂合金加強件是通過粘接-滾壓咬口法同鋁合金外板連接一起。采用鎂合金板結(jié)構(gòu)件的重要意義，歸結(jié)于連接、防銹、表面處理和操作技術(shù)。純鎂結(jié)構(gòu)或者混合結(jié)構(gòu)件，可以利用諸如保護(hù)氣體焊接技術(shù)(WIG，MIG)或者激光、激光混合焊接和電子束焊接等熔焊法予以牢固連接。視連接任務(wù)而定，還可以采用優(yōu)質(zhì)的和可自動處理的焊接添加料。
(4)機械連接
對于鎂與其它材料混合連接，可以提供人們熟知的機械連接和粘接技術(shù)。作為適用的混合連接技術(shù)，概括有諸如盲鉚、半空心鉚或者實心鉚等冷沖鉚粘接技術(shù)。這樣一類連接方法，能夠?qū)崿F(xiàn)機械上可高負(fù)荷并同時作分開電鍍的材料進(jìn)行連接。重要的是可用性以及無損傷放置耐腐蝕連接元件。咬口連接以及鎂/鎂折邊粘接在技術(shù)上也都是可行的，然而要求對接合區(qū)進(jìn)行局部溫度調(diào)節(jié)。同樣，利用半空心鉚釘適用干鎂合金板的鉚接，在相應(yīng)的熱支持下能達(dá)到鋁連接的強度水平。
(5)表面處理
在表面處理之前必須進(jìn)行潔凈和酸洗步驟，無殘留地除去在加工和變形中形成的氧化層或者其它污染物。接著可以進(jìn)行粘接或者傳統(tǒng)的有機涂覆層結(jié)構(gòu)。按汽車標(biāo)準(zhǔn)要求的第一批實驗室銹蝕試驗，比如鹽霧試驗或者氣候交變試驗，己經(jīng)獲得令人滿意的結(jié)果。
混合連接(例如由鋁合金板和鎂合金板的連接)，首先要求對鎂合金件通過涂漆(例如通過浸漆或者粉末涂漆)作單獨的防蝕保護(hù)。接著，鎂合金件與鋁合金件進(jìn)行無接觸腐蝕連接，然后作為混合材料進(jìn)行傳統(tǒng)的鋁裘面處理流程。
(6)應(yīng)用前景
如同所有新的輕結(jié)構(gòu)材料一樣，鎂合金板的典型應(yīng)用首先是在待裝配的車身附件或者模塊件范圍。在這個方面有可能的應(yīng)用，是提供小尺寸或者中等尺寸以及汽車內(nèi)部空間的安全性相關(guān)零件。這都易于滿足必要的防蝕和表面要求。例如殼形座、橫梁、后圍或者行李艙圓錐形擱板等傳統(tǒng)板件。一個例子，是Audi AG(奧迪公司)與TWB公司合作開發(fā)的整體式后圍的后壁板。鎂合金板件通過盲鉚連接方式同一個標(biāo)準(zhǔn)的鋼框架連接在一起。這種混臺解決方案可減輕重量大約2.4kg。
輕結(jié)構(gòu)車身板件的各種不同連接方法
現(xiàn)代輕結(jié)構(gòu)正迫使人們不斷擴(kuò)大材料的混合應(yīng)用，并開發(fā)新的連接方法。值得注意的例子是粘接劑的進(jìn)展，寶馬汽車公司新型寶馬7系列車身本體上總共150m長的粘接縫，與之相應(yīng)為，1.5kg的粘接劑用量。這里使用了Fa.Dow Automotive公司生產(chǎn)的一種單組分環(huán)氧樹脂粘接劑，其具有良好的抗碰撞能力。該粘接劑可以高速涂抹并在180℃溫度下時效硬化，這正好符合烘烤KTL底漆的過程窗口。
Fa.Boellhoff公司為高強度材料的連接開發(fā)了標(biāo)記為Rivkle HRT的盲鉚螺母，它插人板件的孔中通過擰緊變形，從而達(dá)到緊固的目的。其螺紋的高強度，足可讓一個12.9級高強度螺栓在螺母中擰緊直到破裂都不會損壞螺母。
(1)鋁與鋼的冷弧焊
據(jù)EWM高科技焊接有限公司(EWM Hightec Welding GmbH)市場交流部門負(fù)責(zé)人Heinz Lorenz稱，“我們的冷弧焊工藝能實現(xiàn)鋁合金板與鍍鋅鋼板的良好結(jié)。”
(2)優(yōu)化車身連接的激光混臺焊接
Carl Cloos焊接技術(shù)有限公司(Fa.Carl Cloos Schweisstechnik GmbH)應(yīng)用研究負(fù)責(zé)人Christian Paul說，“在汽車上對諸如串聯(lián)復(fù)式雙絲焊接(Tandem-Zweidrahtschweissen)或者激光混合焊接方法(Laser-Hybridferfahren)這樣的高度合理的新工藝過程非常需要?！痹谶@方面，使用一種高效的激光混合焊接技術(shù)，把激光束焊接與電弧焊接兩者很合理地加以邏輯連接。這種綜合性焊接系統(tǒng)把所有需要的元件(例如搬運和焊接機器人、機器人控制系統(tǒng)、激光系統(tǒng)和脈沖焊接設(shè)備等)集成一體。
(3)快速遠(yuǎn)距離激光焊接
Rofirn-Sinar激光技術(shù)有限公司(Fa.Rofin-Sinar Laser GmbH)Vesa Haemaelaeinen認(rèn)為，“利用C02-激光進(jìn)行遠(yuǎn)距離焊接，可以實現(xiàn)在一個大的工作范圍里以較短的時間完成大量焊接位置的焊接工作?！蹦壳罢故镜囊环N遠(yuǎn)距離焊接系統(tǒng)具有一個功率6kW的CO2-激光器(6kW-CO2-Slab-Laser)，它能覆蓋一種工作距離達(dá)到1500mm具有2700、1800mm的工作空間。該系統(tǒng)的突出特點是焊接速度快，焊縫到焊縫的過渡甚至達(dá)到2m/s以上。它帶來的好處是具有很高的生產(chǎn)率：在不到40秒的時間里能完成至少100條激光焊縫。Rofin-Sinar公司把這種方法特別寄望于汽車制造中對車門和罩蓋類件，以及對諸如側(cè)蓋板這樣的較大總成的連接。同樣，也適用于汽車零部件供應(yīng)商范圍，尤其是制造具有許多焊接結(jié)構(gòu)件的車身制造廣。
(4)三維激光切割
Reis機器人技術(shù)公司(Fa.Reis Robotics)銷售部門負(fù)責(zé)人Stefan Seiler說，“我們公司在發(fā)展三維激光切割(3D-Laserschnitt)技術(shù)方面也有了進(jìn)展，利用激光機器人在激光-材料加工方面開辟了新的潛力?！崩眯麻_發(fā)的RV6/16L-CO2型產(chǎn)品，現(xiàn)在可以把2kW的CO2-激光功率直接用在機器人臂上面。這種把激光束源與機器人臂結(jié)合在一起，其主要優(yōu)點是簡化了在C02-激光器上必須通過反射器實現(xiàn)的射束導(dǎo)向。在新的系統(tǒng)中，激光束只通過4個反射器導(dǎo)向到達(dá)機器人的手中。其優(yōu)點是改善了激光束質(zhì)量和結(jié)構(gòu)件的可接近性。
(5)螺紋套的快速焊接
德國HBS螺栓焊接系統(tǒng)有限責(zé)任公司(Fa.HBS Bolzenschweiss-Systeme GmbH&Co.KG)產(chǎn)品經(jīng)理Ronald Klier做了闡述：“借助于MARC焊接方法，可以極其合理地給小轎車廢氣系統(tǒng)裝備螺紋套。這里，MARC的含義是一種磁力控制旋轉(zhuǎn)電弧(Magnetic rotating Arc)，因為在待焊接的套管與結(jié)構(gòu)件之間的電弧是借助于一個磁場而被置于快速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。這導(dǎo)致一種非常均勻的能量分布，從而達(dá)到非常高的焊縫質(zhì)量。結(jié)構(gòu)件既不會被削弱性能也不會發(fā)生變形。須特別強調(diào)的，是這種方法具有低成本制造高合金鋼氣密性連接的可能性。由HBS開發(fā)的這種工藝方法能在簡單而價格低廉的設(shè)備技術(shù)下把焊接時間縮短在1秒鐘以下。相對于保護(hù)氣體焊接工藝，這種新技術(shù)的一些重要優(yōu)點是顯著節(jié)省投資成本，節(jié)約運行費、試驗費和后續(xù)加工費。除標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用(例如焊接汽車廢氣范圍的氧傳感器套管)之外，本系統(tǒng)還用于廢氣系統(tǒng)的其它應(yīng)用方面。
厚度變化的輕結(jié)構(gòu)車身板坯的制造
輕結(jié)構(gòu)車身的制造潛力還可以通過一種新的工藝方法得以拓寬。專家稱之為柔性輥壓板坯(TRB：Tailor-Rolled-Blanks)。所謂柔性輥壓板坯，是指在一定范圍內(nèi)正確輥壓符合實際需要而具有各種不同的厚度變化的板料。板坯制造商Mubea承擔(dān)這些板坯的輥壓，系統(tǒng)供貨商(例如Laepple)將板坯按車身結(jié)構(gòu)件成形，寶馬汽車公司首次將其使用在自己的寶馬6系列之中。與按要求定制的板坯(Tailored Blanks)和液壓成形件(Hydroforming Parts)一樣，在柔性輥壓板坯(TRB)制造工藝中成形。
首先需要了解的是柔性輥壓板坯(TRB)概念。如果說在按要求定制板坯(Tailored Blanks)中具有各種不同厚度的板是利用激光焊縫連接在一起的話，那么在這種柔性輥壓板坯(TRB)中其各種不同板厚在輥壓的時候就已經(jīng)產(chǎn)生。這種靈活多變的柔性輥壓，是一種嶄新的輥壓方法，為汽車車身的制造創(chuàng)造出輕結(jié)構(gòu)的潛力。
不用焊接只用輥壓的柔性輥壓板坯，能縮短這種具有不同厚度板件的制造過程。在輥壓之后通過一次熱處理使材料的強度值得到了提高，然后進(jìn)行鍍鋅。對板卷按板坯進(jìn)行切割之后，可以進(jìn)行例如深拉成形或者液壓成形。Mubea是目前世界上按自己的觀點批量生產(chǎn)這種輥壓板坯的制造商。
柔性輥壓板坯(TRB)具有以下適用于行業(yè)的優(yōu)點：
結(jié)構(gòu)件在其板厚方面可以視每個位置的負(fù)荷而定而得以優(yōu)化調(diào)節(jié)，從而可以減輕重量。輕結(jié)構(gòu)潛力達(dá)到40%；
通過有目的地變化板厚分布，結(jié)構(gòu)件的功能和成形能得到優(yōu)化。
通過柔性輥壓方法由原材料制成具有不同厚度的板坯。目前，可以把板材輥壓到大到3.5mm，小到0.7mm厚。
目前的應(yīng)用現(xiàn)狀是：系統(tǒng)供貨商Laepple在從板坯制造商Mubea接收到柔性輥壓板坯之后，接著制造車身結(jié)構(gòu)件(例如新型寶馬6系列的車身結(jié)構(gòu)件)。板坯重新變形、修邊和鉆孔等。目前，這種板件應(yīng)用在地板總成中作為腳支架、前后座椅橫支梁以及座椅縱支架等結(jié)構(gòu)件。由于使用了這些結(jié)構(gòu)件，改善了汽車的側(cè)面碰撞性能，并將這個范圍的結(jié)構(gòu)件數(shù)量從19件減少到7件。
腳支架具有的板厚，外中外分別為1.2mm,0.7mm和1.2mm。板厚變化過渡范圍大約100mm長。前后座椅橫支梁其板厚變化是：從外2.Omm到中1.4mm，到內(nèi)2.Omm。座椅縱支架的板厚變化從1.8mm到2.8mm，再變化到1.8mm。
據(jù)專家稱，《柔性輥壓板坯》(TRB)尚處于新生階段，目前其應(yīng)用受到板坯的尺寸、結(jié)構(gòu)件的對稱性和可能選擇的材料所限制。但是，柔性輥壓板坯(TRB)的開發(fā)，指出了材料生產(chǎn)商、系統(tǒng)供貨商與汽車制造商的直接合作能帶來什么樣機遇和前景?？梢栽O(shè)想，利用新的按尺寸精密定制的板坯，會使車身結(jié)構(gòu)更廣泛地處于輕結(jié)構(gòu)和所定義的強度區(qū)域之內(nèi)。
在批量生產(chǎn)中，這種工藝方法肯定不存在任何問題。但對于事故損壞的維修，這樣的板件必須整塊更換。
具有應(yīng)用前景的更輕質(zhì)鎂合金板結(jié)構(gòu)件
汽車制造商已經(jīng)把鋁合金、高強度鋼、復(fù)合材料和塑料作為其輕量化結(jié)構(gòu)的主要材料。除此之外，一種更輕的材料---鎂合金，在近幾年里得到進(jìn)一步研究和開發(fā)。在國際車體專家社團(tuán)(IRE：Internationales Rohbau-Expertenkreis)的專業(yè)會議范圍，Salzgitter鎂材技術(shù)有限公司(SZMT)(Salzgitter Magnesium Technologie GmbH)通報了其鎂合金板產(chǎn)品的生產(chǎn)現(xiàn)狀以及在汽車批量制造中的應(yīng)用情況。
汽車制造商對可用作高剛性薄壁結(jié)構(gòu)件薄板的鎂合金扁軋產(chǎn)品的興趣，在于其不易破碎特性。在近幾年里由于投入了大量的研究和加大開發(fā)力度，這種優(yōu)質(zhì)輕板材的品質(zhì)和可用性得到持續(xù)不斷的改善。然而，今天的鎂合金板其使用條件，仍然要求與其它車身材料一種有效和性能優(yōu)化的結(jié)合。這就是說，這種相對不那么貴重并只限于可冷軋成形的鎂合金板，必須結(jié)合成混合結(jié)構(gòu)，同時要求就特別防銹的連接、涂覆和裝配方法加以更新。
(1)現(xiàn)狀與輕結(jié)構(gòu)潛力
SZMT公司已經(jīng)成功地從實驗室過度到一種工業(yè)規(guī)模的制造。SZMT的鎂輥軋設(shè)備能夠進(jìn)行從壓鑄的板坯到軋制成薄扁材等各種不同初加工材料的多用途加工。那就是要盡可能快地提供符合市場需求的扁軋產(chǎn)品。目前已經(jīng)達(dá)到了在汽車制造中成批應(yīng)用的第一個目標(biāo)。保時捷Carrera GT車駕駛員艙操縱機構(gòu)中間托架上的面板就是用鎂合金板。這種要求極高的軋制件，是在激光切割之后還要進(jìn)行一次表面處理(鍍鉻)而獲得。此外，這樣的面板在汽車上作為內(nèi)部空間的一個主要結(jié)構(gòu)件。
鎂合金板所具有的優(yōu)點，首先體現(xiàn)在抗彎強度高或者抗彎曲強度大的情況下具有極輕的重量，體現(xiàn)輕結(jié)構(gòu)的潛力。在汽車制造中，它特別適用于大面積薄壁的車身或者內(nèi)飾件。鎂合金結(jié)構(gòu)件可能比鋁合金結(jié)構(gòu)件輕達(dá)25%。此外還具有一種良好的吸能特性，因而它也特別適用于制造碰撞相關(guān)零部件。
(2)鎂合金薄板以及成型與變形技術(shù)
SZMT公司按尺寸精確制造的鎂合金薄板坯，其尺寸達(dá)到寬1500mm(大到1900mm)，長2000mm，板厚到1.0mm。這種鎂合金薄板的材料標(biāo)記為AZ 31 B-0，其抗拉強度為240-260MPa，屈服強度為140-180MPa。它特別突出的優(yōu)點，是具有比塑料更好的熱穩(wěn)定性和鋁合金相稱的低熱膨脹系數(shù)，以及一種金屬材料通常的回收能力。
鎂合金板變形在200℃以上急驟增加。在結(jié)構(gòu)件設(shè)計上，為迎合鎂合金板的特點其幾何形狀應(yīng)園滑過渡，(無尖銳棱邊和拐角)?，F(xiàn)在大面積車身零件可用深拉工藝過程獲得。此外，通過適當(dāng)?shù)谋“宀馁|(zhì)和可靠的熱變形技術(shù)相結(jié)合，可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的復(fù)雜形狀鎂合金軋制。為此，需要采用溫度穩(wěn)定性好的水溶性潤滑劑。其后的沖壓和打孔操作都可以采用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)工具進(jìn)行冷加工方式。
(3)汽車活動頂蓋加強件
汽車活動頂蓋由一塊鋁合金外板和一塊1.5mm厚的AZ31薄板組成。熱變形(在大約230℃溫度下)鎂合金加強件是通過粘接-滾壓咬口法同鋁合金外板連接一起。采用鎂合金板結(jié)構(gòu)件的重要意義，歸結(jié)于連接、防銹、表面處理和操作技術(shù)。純鎂結(jié)構(gòu)或者混合結(jié)構(gòu)件，可以利用諸如保護(hù)氣體焊接技術(shù)(WIG，MIG)或者激光、激光混合焊接和電子束焊接等熔焊法予以牢固連接。視連接任務(wù)而定，還可以采用優(yōu)質(zhì)的和可自動處理的焊接添加料。
(4)機械連接
對于鎂與其它材料混合連接，可以提供人們熟知的機械連接和粘接技術(shù)。作為適用的混合連接技術(shù)，概括有諸如盲鉚、半空心鉚或者實心鉚等冷沖鉚粘接技術(shù)。這樣一類連接方法，能夠?qū)崿F(xiàn)機械上可高負(fù)荷并同時作分開電鍍的材料進(jìn)行連接。重要的是可用性以及無損傷放置耐腐蝕連接元件。咬口連接以及鎂/鎂折邊粘接在技術(shù)上也都是可行的，然而要求對接合區(qū)進(jìn)行局部溫度調(diào)節(jié)。同樣，利用半空心鉚釘適用干鎂合金板的鉚接，在相應(yīng)的熱支持下能達(dá)到鋁連接的強度水平。
(5)表面處理
在表面處理之前必須進(jìn)行潔凈和酸洗步驟，無殘留地除去在加工和變形中形成的氧化層或者其它污染物。接著可以進(jìn)行粘接或者傳統(tǒng)的有機涂覆層結(jié)構(gòu)。按汽車標(biāo)準(zhǔn)要求的第一批實驗室銹蝕試驗，比如鹽霧試驗或者氣候交變試驗，己經(jīng)獲得令人滿意的結(jié)果。
混合連接(例如由鋁合金板和鎂合金板的連接)，首先要求對鎂合金件通過涂漆(例如通過浸漆或者粉末涂漆)作單獨的防蝕保護(hù)。接著，鎂合金件與鋁合金件進(jìn)行無接觸腐蝕連接，然后作為混合材料進(jìn)行傳統(tǒng)的鋁裘面處理流程。
(6)應(yīng)用前景
如同所有新的輕結(jié)構(gòu)材料一樣，鎂合金板的典型應(yīng)用首先是在待裝配的車身附件或者模塊件范圍。在這個方面有可能的應(yīng)用，是提供小尺寸或者中等尺寸以及汽車內(nèi)部空間的安全性相關(guān)零件。這都易于滿足必要的防蝕和表面要求。例如殼形座、橫梁、后圍或者行李艙圓錐形擱板等傳統(tǒng)板件。一個例子，是Audi AG(奧迪公司)與TWB公司合作開發(fā)的整體式后圍的后壁板。鎂合金板件通過盲鉚連接方式同一個標(biāo)準(zhǔn)的鋼框架連接在一起。這種混臺解決方案可減輕重量大約2.4kg。
輕結(jié)構(gòu)車身板件的各種不同連接方法
現(xiàn)代輕結(jié)構(gòu)正迫使人們不斷擴(kuò)大材料的混合應(yīng)用，并開發(fā)新的連接方法。值得注意的例子是粘接劑的進(jìn)展，寶馬汽車公司新型寶馬7系列車身本體上總共150m長的粘接縫，與之相應(yīng)為，1.5kg的粘接劑用量。這里使用了Fa.Dow Automotive公司生產(chǎn)的一種單組分環(huán)氧樹脂粘接劑，其具有良好的抗碰撞能力。該粘接劑可以高速涂抹并在180℃溫度下時效硬化，這正好符合烘烤KTL底漆的過程窗口。
Fa.Boellhoff公司為高強度材料的連接開發(fā)了標(biāo)記為Rivkle HRT的盲鉚螺母，它插人板件的孔中通過擰緊變形，從而達(dá)到緊固的目的。其螺紋的高強度，足可讓一個12.9級高強度螺栓在螺母中擰緊直到破裂都不會損壞螺母。
(1)鋁與鋼的冷弧焊
據(jù)EWM高科技焊接有限公司(EWM Hightec Welding GmbH)市場交流部門負(fù)責(zé)人Heinz Lorenz稱，“我們的冷弧焊工藝能實現(xiàn)鋁合金板與鍍鋅鋼板的良好結(jié)。”
(2)優(yōu)化車身連接的激光混臺焊接
Carl Cloos焊接技術(shù)有限公司(Fa.Carl Cloos Schweisstechnik GmbH)應(yīng)用研究負(fù)責(zé)人Christian Paul說，“在汽車上對諸如串聯(lián)復(fù)式雙絲焊接(Tandem-Zweidrahtschweissen)或者激光混合焊接方法(Laser-Hybridferfahren)這樣的高度合理的新工藝過程非常需要?！痹谶@方面，使用一種高效的激光混合焊接技術(shù)，把激光束焊接與電弧焊接兩者很合理地加以邏輯連接。這種綜合性焊接系統(tǒng)把所有需要的元件(例如搬運和焊接機器人、機器人控制系統(tǒng)、激光系統(tǒng)和脈沖焊接設(shè)備等)集成一體。
(3)快速遠(yuǎn)距離激光焊接
Rofirn-Sinar激光技術(shù)有限公司(Fa.Rofin-Sinar Laser GmbH)Vesa Haemaelaeinen認(rèn)為，“利用C02-激光進(jìn)行遠(yuǎn)距離焊接，可以實現(xiàn)在一個大的工作范圍里以較短的時間完成大量焊接位置的焊接工作?！蹦壳罢故镜囊环N遠(yuǎn)距離焊接系統(tǒng)具有一個功率6kW的CO2-激光器(6kW-CO2-Slab-Laser)，它能覆蓋一種工作距離達(dá)到1500mm具有2700、1800mm的工作空間。該系統(tǒng)的突出特點是焊接速度快，焊縫到焊縫的過渡甚至達(dá)到2m/s以上。它帶來的好處是具有很高的生產(chǎn)率：在不到40秒的時間里能完成至少100條激光焊縫。Rofin-Sinar公司把這種方法特別寄望于汽車制造中對車門和罩蓋類件，以及對諸如側(cè)蓋板這樣的較大總成的連接。同樣，也適用于汽車零部件供應(yīng)商范圍，尤其是制造具有許多焊接結(jié)構(gòu)件的車身制造廣。
(4)三維激光切割
Reis機器人技術(shù)公司(Fa.Reis Robotics)銷售部門負(fù)責(zé)人Stefan Seiler說，“我們公司在發(fā)展三維激光切割(3D-Laserschnitt)技術(shù)方面也有了進(jìn)展，利用激光機器人在激光-材料加工方面開辟了新的潛力?！崩眯麻_發(fā)的RV6/16L-CO2型產(chǎn)品，現(xiàn)在可以把2kW的CO2-激光功率直接用在機器人臂上面。這種把激光束源與機器人臂結(jié)合在一起，其主要優(yōu)點是簡化了在C02-激光器上必須通過反射器實現(xiàn)的射束導(dǎo)向。在新的系統(tǒng)中，激光束只通過4個反射器導(dǎo)向到達(dá)機器人的手中。其優(yōu)點是改善了激光束質(zhì)量和結(jié)構(gòu)件的可接近性。
(5)螺紋套的快速焊接
德國HBS螺栓焊接系統(tǒng)有限責(zé)任公司(Fa.HBS Bolzenschweiss-Systeme GmbH&Co.KG)產(chǎn)品經(jīng)理Ronald Klier做了闡述：“借助于MARC焊接方法，可以極其合理地給小轎車廢氣系統(tǒng)裝備螺紋套。這里，MARC的含義是一種磁力控制旋轉(zhuǎn)電弧(Magnetic rotating Arc)，因為在待焊接的套管與結(jié)構(gòu)件之間的電弧是借助于一個磁場而被置于快速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。這導(dǎo)致一種非常均勻的能量分布，從而達(dá)到非常高的焊縫質(zhì)量。結(jié)構(gòu)件既不會被削弱性能也不會發(fā)生變形。須特別強調(diào)的，是這種方法具有低成本制造高合金鋼氣密性連接的可能性。由HBS開發(fā)的這種工藝方法能在簡單而價格低廉的設(shè)備技術(shù)下把焊接時間縮短在1秒鐘以下。相對于保護(hù)氣體焊接工藝，這種新技術(shù)的一些重要優(yōu)點是顯著節(jié)省投資成本，節(jié)約運行費、試驗費和后續(xù)加工費。除標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用(例如焊接汽車廢氣范圍的氧傳感器套管)之外，本系統(tǒng)還用于廢氣系統(tǒng)的其它應(yīng)用方面。
厚度變化的輕結(jié)構(gòu)車身板坯的制造
輕結(jié)構(gòu)車身的制造潛力還可以通過一種新的工藝方法得以拓寬。專家稱之為柔性輥壓板坯(TRB：Tailor-Rolled-Blanks)。所謂柔性輥壓板坯，是指在一定范圍內(nèi)正確輥壓符合實際需要而具有各種不同的厚度變化的板料。板坯制造商Mubea承擔(dān)這些板坯的輥壓，系統(tǒng)供貨商(例如Laepple)將板坯按車身結(jié)構(gòu)件成形，寶馬汽車公司首次將其使用在自己的寶馬6系列之中。與按要求定制的板坯(Tailored Blanks)和液壓成形件(Hydroforming Parts)一樣，在柔性輥壓板坯(TRB)制造工藝中成形。
首先需要了解的是柔性輥壓板坯(TRB)概念。如果說在按要求定制板坯(Tailored Blanks)中具有各種不同厚度的板是利用激光焊縫連接在一起的話，那么在這種柔性輥壓板坯(TRB)中其各種不同板厚在輥壓的時候就已經(jīng)產(chǎn)生。這種靈活多變的柔性輥壓，是一種嶄新的輥壓方法，為汽車車身的制造創(chuàng)造出輕結(jié)構(gòu)的潛力。
不用焊接只用輥壓的柔性輥壓板坯，能縮短這種具有不同厚度板件的制造過程。在輥壓之后通過一次熱處理使材料的強度值得到了提高，然后進(jìn)行鍍鋅。對板卷按板坯進(jìn)行切割之后，可以進(jìn)行例如深拉成形或者液壓成形。Mubea是目前世界上按自己的觀點批量生產(chǎn)這種輥壓板坯的制造商。
柔性輥壓板坯(TRB)具有以下適用于行業(yè)的優(yōu)點：
結(jié)構(gòu)件在其板厚方面可以視每個位置的負(fù)荷而定而得以優(yōu)化調(diào)節(jié)，從而可以減輕重量。輕結(jié)構(gòu)潛力達(dá)到40%；
通過有目的地變化板厚分布，結(jié)構(gòu)件的功能和成形能得到優(yōu)化。
通過柔性輥壓方法由原材料制成具有不同厚度的板坯。目前，可以把板材輥壓到大到3.5mm，小到0.7mm厚。
目前的應(yīng)用現(xiàn)狀是：系統(tǒng)供貨商Laepple在從板坯制造商Mubea接收到柔性輥壓板坯之后，接著制造車身結(jié)構(gòu)件(例如新型寶馬6系列的車身結(jié)構(gòu)件)。板坯重新變形、修邊和鉆孔等。目前，這種板件應(yīng)用在地板總成中作為腳支架、前后座椅橫支梁以及座椅縱支架等結(jié)構(gòu)件。由于使用了這些結(jié)構(gòu)件，改善了汽車的側(cè)面碰撞性能，并將這個范圍的結(jié)構(gòu)件數(shù)量從19件減少到7件。
腳支架具有的板厚，外中外分別為1.2mm,0.7mm和1.2mm。板厚變化過渡范圍大約100mm長。前后座椅橫支梁其板厚變化是：從外2.Omm到中1.4mm，到內(nèi)2.Omm。座椅縱支架的板厚變化從1.8mm到2.8mm，再變化到1.8mm。
據(jù)專家稱，《柔性輥壓板坯》(TRB)尚處于新生階段，目前其應(yīng)用受到板坯的尺寸、結(jié)構(gòu)件的對稱性和可能選擇的材料所限制。但是，柔性輥壓板坯(TRB)的開發(fā)，指出了材料生產(chǎn)商、系統(tǒng)供貨商與汽車制造商的直接合作能帶來什么樣機遇和前景?？梢栽O(shè)想，利用新的按尺寸精密定制的板坯，會使車身結(jié)構(gòu)更廣泛地處于輕結(jié)構(gòu)和所定義的強度區(qū)域之內(nèi)。
在批量生產(chǎn)中，這種工藝方法肯定不存在任何問題。但對于事故損壞的維修，這樣的板件必須整塊更換。