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汽车轻量化材料及连接技术湖北省工程研究中心

2021-05-24  

汽车轻量化材料及连接技术湖北省工程研究中心简介

一、建设背景

l  由于钢铁材料在强度、塑性、抗冲击能力、回收使用及低成本方面具有综合的优越,其在汽车材料中的主导地位仍是不可动摇的。但高强度钢和超高强度钢的应用,如汽车车身、底盘、悬架、转向等零部件上,将有较大增长。
铝镁合金在汽车上的用量将明显增加。
工程塑料、复合材料所占比例将有明显增长。

l  多材料结构进行优化,既能改进汽车性能,又能显著减小质量。当前材料的组合仍以高强度钢、铝、镁和塑料为主。要实现多材料轻量化结构设计,必须强调“合适的材料用在合适的部位”。

l   目前铝及高强钢用量都比国际先进水平少一半,镁合金则差距更大。目前,北美每辆汽车镁合金的使用量平均为3.5千克,欧洲先进水平则能达到 14千克,而国产汽车每辆仅1.5千克。

     由钢、铝合金、镁合金及碳纤强化复合材料组成的新一代车辆,连接技术是一个关键,尽管紧固与粘接技术可以解决所有材料的连接,但对于技术要求较高的一些结构零部件,特别是底盘部件,其依然不能解决或可靠性、稳定性不足,同时成本较高,因此寻求高可靠性及稳定性,同时兼顾成本效率的连接方法是多材料车辆必须面对的问题,其中搅拌摩擦焊(FSW)与磁脉冲焊(EMPT)因其不同于高温熔化焊接的低温固相焊接机理,因而具有高可靠性与稳定性且成本低效率高,特别是可以焊接或连接异种材料,成为异种和同种材料连接的重要技术手段。

 

 

二 建设意义

建立系统研究多材料连接技术的研究中心,填补湖北省空白;

突破技术瓶颈,加快新产品开发,提高汽车零部件产品科技含量,促进湖北省汽车产业结构调整;

推进轻质合金材料、高强钢材料的开发和应用;

带动原材料加工企业、装备制造企业发展;

 

建立汽车轻量化材料及连接技术工程研究中心,有利于引导我省汽车行业开发新产品,提高汽车零部件产品科技含量,在调整我省汽车产业结构、开展技术革新过程中强化自身居主导的技术支撑地位,为加我省汽车轻量化产业化进程,进一步提升汽车轻量化制造技术,起到积极推进的作用。

 

三、建设条件

  湖北汽车工业学院是全国唯一以汽车命名的省属普通高校,是一所汽车行业特色鲜明的,具有近50年深厚工程背景的老工科院校。 学校充分利用背靠东风汽车公司的优势,走产学研用一体化的特色发展之路,通过校企合作,共建学科平台、共建研发中心、共同承担科研项目,支持汽车产业和地方经济的发展。

科研平台及承担纵向项目情况

学校设有汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室等31省部级科技创新平台。近三年,学校承担国家科技重大专项项目、国家自然科学基金、国家社会科学基金等国家级项目15,工信部工业互联网创新发展工程项目、教育部项目、省重大科技创新计划、省揭榜制项目等省部级项目近200,市厅级项目210余项

产学研合作情况

学校大力开展产学研合作,近三年累计承接企事业单位委托项目467项,合同总经费10043.30万元,其中省内企业达412项,占比达88.13%。科研经费近9000万元。为创业企业提供各类检验检测580余次,开展科技培训、讲座270余次。

 

四、 工程研究中心取得成绩

1、高强钢热冲压成形技术的研究

p  采用模内淬火技术,解决高强钢冲压成形性问题,获得抗拉强度1500Mpa,用于汽车AB立柱生产,满足汽车轻量化需要。

p  国家自然科学基金资助

l  高强钢热冲压成形中高温损伤和开裂形为研究

l  基于模具三维冲击响应分析的板料冲压过程监测诊断理论

l  湖北省科技厅自然科学基金“汽车高强钢件热冲压成形中破裂的精确预测与控制”(2014CFB628)

  

 

 

 

2013年与东风汽车公司商用车技术中心联合开发了商用车地板纵梁试制件;

  

 

2015年开发了轮边端盖热冲压件替代铸件后减重达5kg,性能指标检测全部符合设计目标。

2、高强钢焊接工艺及焊接性能研究

高强钢的激光焊、电弧焊、电阻点焊工艺研究。

高强钢各种焊接方法成形的焊接热影响区软化机理研究。

高强钢及其焊接接头的疲劳性能研究。

高强钢焊接残余应力及残余变形对后续成形的影响。

  

  

 

 

3、钢-铝异种金属连接技术

基于车架横梁的精密铸钢件轻量化结构设计以及异种材料连接接头的设计;

固相接技术(摩擦焊、搅拌摩擦焊、磁脉冲焊接等)在异种材料受力构件中焊接接头强度的保证问题。

  

湖北省中央引导地方科技项目“汽车轻量化用钢铝异种金属连接关键技术研究及应用”(项目编号:2019ZYYD023)研究,铝-钢焊接研究取得突破性进展,工艺试验件抗拉强度最大达到290MPa(超过母材强度80%);完成50组钢法兰-铝管工艺试验研究,铝-钢接头最大拉力达到80KN(超过技术指标40KN100%),制作完成4套全尺寸铝-钢底盘横梁成品,拉脱力达到技术要求。

 

  

4、高频焊薄壁管材集成生产技术

  1)开发了薄壁铝合金管高频焊成型技术,并研制出成套生产线,填补国内空白

   2)用于汽车散热器、中冷器生产;

  3)在国内已经安装16条,生产的铝合金管材占国内产量的80%

   4)制定车用铝合金管国家标准。               

                  实现工艺技术与装备集成制造结合

 

 

 

5、高强高精度铝合金焊管成形技术

5.1、铝合金焊管低成本高精度大批量稳定可靠生产制造技术与质量控制

1)低成本、高强度铸轧带料开发

2)高导热、窄结晶温度区间对高强度铝合金焊接性影响及对策研究

3)高频输出频率、输出功率、焊接速度、挤压力、V形角等关键工艺参数与焊接质量的关系

4)铝合金焊管耐腐蚀性、力学、工艺(弯曲、旋锻、内高压成形)性能研究

5)铝合金焊接轴管传动轴总成氩弧焊、摩擦焊工艺与总成性能研究

6)铝合金焊接轴管与碳钢轭磁脉冲焊接适应性研究

7)铝合金焊管低成本高精度大批量稳定可靠生产的检测技术与质量保障体系建立

  

5.2、铝合金焊管生产线集成创新与关键技术

1)陶瓷挤压辊叁辊挤压装置开发

2)大尺寸高精度陶瓷挤压辊孔型设计与制造技术研究

3)薄壁、大径厚比铝合金焊管冷弯成型工艺与模具设计、制造技术开发

46系合金T6/T82状态下焊接轴管冷弯成型工艺与模具设计、制造技术开发

5)高强铝合金焊接轴管高精度在线精整工艺与模具设计、制造技术开发

6)高强铝合金焊管生产线成套集成技术开发

科研项目及获奖情况

近三年来,本中心科研成果获省部级奖励4项,授权专利15项,软件著作权2项,承担省部级及以上项目23项,企业项目52项,科研经费1210万元。

科技成果转化情况

 

 

 

三年省部级奖励情况

   

近三年承担纵向项目及专利

 

附表三:2017-2019年工程研究中心科技项目清单证明材料



序号

项目名称

项目来源

合同号

合作单位

项目负责人

起止时间

经费额(万元)

 


1

高炉铜冷却壁氢致破损机理及其防渗氢保护层构建技术研究

国家自然基金

51604103

 

李峰光

2017.1-2019.12

20.00

 


2

光电子技术湖北省协同创新中心

省协同创新中心

2016XTZX02

 

张红霞

2016.8-2018.8

80.00

 


3

高炉铜冷却壁氢脆致裂机理及其防渗氢关键技术研究

省自然基金

2016CFB293

 

李峰光

2016.3-2018.3

3.00

 


4

激光增材组合制造高性能冲压模具技术开发

市科技计划

16K07

湖北十堰先锋模具股份有限公司

曾大新

2016.8-2017.8

8.00

 


5

-丝复合熔覆法制备陶瓷颗粒增强铝基表面复合材料的研究

省教育厅

Q20171801

 

孙建新

2017.1-2019.1

2.00

 


6

电脉冲作用下超细晶高强钢时效与强韧化机理研究

省自然基金

2017CFB293

 

张家陶

2017.3-2019.3

5.00

 


7

可变压缩比发动机齿板精密成形制造技术研发

省重大科技创新计划

2016AAA080

 

王敏

2016.5-2017.10

4.50

 


8

PAM水凝胶-活性炭体系耐高压固态超级电容器的研究

省自然基金

2017CFB583

 

沈培智

2017.3-2019.3

3.00

 


9

基于厚向多相组织渐变分布的高强钢厚板热冲压强韧化机理

省自然基金

2017CFB587

 

王敏

2017.3-2019.3

3.00

 


10

Al-Cu-Mg合金Goss织构型材制备及近门槛区抗疲劳损伤机制研究  

省自然基金

2018CFB177

 

赵齐

2018.3-2019.3

5.00

 


11

乘用车双离合变速器换挡毅高精度复合加工生产线示范工程

工信部

2018ZX04207001-014

东风零部件集团活塞轴瓦公司

钟毓宁

2018.1-2019.6

32.00

 


12

高性能汽车粉末冶金零件关键制备技术研究及应用

省教育厅团队

T201811

东风公司零部件集团有限公司

王天国

2018.7-2019.7

20.00

 


13

超高强钢激光拼焊板残余应力及热冲压性能研究

省教育厅

D20181801

 

王金凤

2018.7-2019.7

4.00

 


14

模具钢表面磁控溅射CrTiAlN涂层的耐磨性及热疲劳性能的研究

省教育厅

Q20181802

 

覃群

2018.7-2019.7

2.00

 


15

Al-Cu-Mg合金第二相控制作用下的强Goss织构演变及细化Goss晶粒研究

国家自然科学基金

51901073

 

赵齐

2019.7-2021.7

22

 


16

基于原位实验的高强钢模锻全流程宏微耦合建模

国家重点实验室开放基金

 P2020-015 

 

陈荣创

2019.1-2021.12

4

 


17

汽车制动盘用SiC增强铝基复合材料的研制

市科技计划

19Y125

 

顿亚鹏

2019.1-2020.12

2

 


18

树枝形纤维增强树脂基复合材料的设计及相关基础研究

省教育厅

D20191802

 

李建

2019.1-2020.12

4

 


19

车用6XXX系铝合金搅拌摩擦焊工艺及焊接头性能提升研究

省教育厅

Q20191802

 

盛晓菲

2019.1-2020.12

2

 


20

快速热循环注塑技术的研究

省教育厅(B)

B2019076

 

刘峰

2019.1-2020.12

2

 


21

石墨烯量子点修饰K2Ti409一维纳米结构阵列作为钠/钾离子电池负极材料的研究

省自然基金

2019CFB375

 

曹名磊

2019.1-2020.12

3

 


22

半导体多量子点体系及相关低维结构自旋输运机制的理论研究

省自然基金

2019CFB788

 

熊永臣

2019.1-2020.12

3

 


23

快速成型技术在熔模精密铸造金属工艺品上的应用研究

湖工大开放基金

HBCY1911

 

顿亚鹏

2019.1-2020.12

2

 


 

3.科研条件

中心现有在职人员60人,正高级职称16人,副高级职称28人,具有博士学位研究人员20人,平均年龄38岁。

 

依托湖北省材料科学与工程实验教学重点示范中心

     1)建有材料设计优化、材料加工、材料制备、材料检测实验室; 

      2) 面积6649平米,设备1182台套,资产2854万元。

      3)另与企业共建3D打印创新应用中心,拥有工业级3D打印设备8套,小型FDM打印机10台,价值1800多万元。

 

 

五、建设规划

1.发展方向

面向现代汽车产业,加强关键技术、共性技术研究开发,产、学、研、用结合,提高技术工程化水平,推动汽车产业发展。

u 研究方向    

1.   开发应用高比强度材料。重点是汽车底盘零部件高强钢、铸铁、铝合金材料;车身材料方面,开发结构件、外装件用的增强塑料复合材料、高性能树脂材料与塑料

2.   结构轻量化,合理优化零部件结构,采用异种材料,实现等寿命材料设计,提高材料利用率。重点是底盘横梁、发动机支架、底盘副车架、车身、车门等部件。

3.   工艺轻量化,采用先进成型技术,降低零部件制造成本,提高产品质量。开发先进成型技术、异种材料复合成型技术、激光拼焊技术、摩擦铆焊技术、磁脉冲焊接技术、内高压成型技术等。

 

2.建设目标

思路:以市场为导向,将重大科研成果的工程化、产业化研究作为重点,以服务汽车零部件企业为原则。

技术路线:汽车部件系统模块化研究为重点,加强共性技术、关键技术研究,构建全新的汽车零部件“结构轻量化+材料轻量化+制造技术”联合应用的技术体系,突破单一轻量化手法的减重极限。

 

目标:力争五年内建设成为汽车行业共性和关键技术、进行开放服务和技术辐射的省内一流工程研究中心,推进汽车零部件轻量化技术进步。中长期目标是成为中国汽车行业的材料连接技术中心;           

2025年实现拥有高水平的汽车零部件轻量化技术。

完善的人才培训体系和环境建设。

完成科研成果20项,成果转化10项。

科研经费500/年;

培养硕士研究生50人。

 

3.管理运行机制

1、人员采取合同制与聘任制,实行技术经济目标责任制;

2、任务分解到团队,建立奖励机制。

3、团队采取负责人制,动态调整,自由组合。

4、合作开发机制,与联合企业对重点项目联合攻关,利用中心工程化优势弥补企业技术开发力量的不足,发挥企业资金、人力优势弥补中心人、财、物的不足,实现优势互补。

5、实行“科研、设计、施工一体化”运行机制,以科研为主体,与设计、施工企业合作,针对关键技术直接进入工程主体,推动企业技术进步和行业改造。

制度建设

《工程研究中心建设管理办法》、《科技岗位工作管理实施细则》、《管理支撑岗位工作管理实施细则》、《网络建设与管理实施细则》、《知识产权保护实施方法》、《科研项目与成果奖励实施细则》等制度。

工程中心机构设置

 

汽车轻量化材料及连接技术湖北省工程研究中心的建设是依托湖北汽车工业学院,通过与东风零部件集团有限公司产学研合作,充分利用现有人才资源、技术资源、经验积累等,逐步在项目当地形成以市场为导向的规模化汽车轻量化材料及连接技术工程研究中心,以满足当前市场的极大需求,进而增强地方汽车零部件企业的市场竞争力和发展后劲。汽车轻量化材料及连接技术湖北省工程研究中心的建设将推动我省汽车零部件产业集群的发展,拉大产业链条,对项目建设地乃至湖北省的经济发展起到很大的促进作用。因此,本中心的建设不仅会给当地汽车零部件企业带来更好的经济效益,还具有很强的社会效益。

 

 

 




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