可持续的、颠覆性的轻量化技术

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2022

凯维思——可持续的、颠覆性的轻量化技术

       01公司简介
       CURVEX TECHNOLOGY LTD 是英国高科技创新企业,由全球排名前十的顶尖研究型大学英国帝国理工学院孵化而成立,开创并拥有全球首个多轴挤压生产制造专利技术。
       CURVEX公司的核心团队由林建国院士(英国皇家工程院院士、欧洲科学院院士、英国皇家工程院塔塔钢铁公司联席教授、帝国理工学院金属成形研究组主任)带领,拥有20年以上轻质合金成形研究和产业化经验。林建国院士目前担任帝国理工—中航发研究中心主任,帝国理工—中航工业研究中心主任,帝国理工—中车四方研究中心主任等职位。
      林建国院士的主导下,中航工业、中车四方、航天科技集团、首钢、商飞、中航商发工业单位已与帝国理工金属成形课题组联合成立了6个研发中心和联合实验室。团队已整合了国内国际航空航天、高铁及汽车等工业的优质资源网络,创立了多项成型工艺理论及工程化应用整体体系。
       凯维思(山东)智能制造科技有限公司作为CURVEX旗下独资子公司,位于山东省菏泽市。主营高端制造领域的成形工艺、设备、模具、零部件与智能制造系统的设计、研发与服务业务,致力于先进轻量化技术的推广与应用。
      02趋势及目标
      全球轻量化市场规模2017年实现1590.8亿美元,预计2023年将达到2427.8亿美元,年增长率为7%,金属材料占据60%。
      以汽车为例,选择不同的轻量化材料影响制造成本。减重效果直接影响到燃油节省与减排。90%车身及底盘结构均可由高强铝替代发展低成本、高效低耗的铝、镁合金成型新工艺是轻量化趋势。
      在成形工艺方面,主要采用锻造,挤压,钣金,铸造成形,铝合金挤压成形零部件占比越来越大。2019年,挤压件在低端车中占据11%的总使用量,但高端车中的使用量达到30%以上,尤其占据1/3整车价格的车身与车底盘,80%以上采用挤压件。
      2017年,铝合金6000系列占据全球42%的市场份额 ,价值170.1亿美元,这归功于其高强度、多功能性和优异的耐腐蚀性。
      2017年,汽车行业贡献118.9亿美元,电动汽车(EVs)中铝挤压产品的日益普及,为全球市场参与者创造巨大的增长机会。车重每减少100KG,电动车续航提升6%-11%。领先的电动汽车制造商,如特斯拉、宝马和日产,越来越多地使用铝基电池外壳。
      核心目标市场:
     汽车:90%的车身构件为冲压和挤压产品,电动汽车、SUV、中高端汽车,市场空间1680亿元。型材挤压成形目标部件例如:承载车身弯曲型材,底盘,前碰撞梁,车身骨架,电动车电池箱,车后部挤压结构件。
      高铁:90%我国量产高铁车辆均采用了铝合金车体;无论是高铁还是地铁车厢,主要材料都是铝合金。在所采用的铝中,以挤压型铝材为主,约占总铝材用量的76%,板、箔、管、带约占24%。
      航空:预计全球商用飞机将增加81%,2035年将达到49940架。高强铝合金具有密度低、强度高、热加工性能好等优点,其制成的板材、挤压型材等在航空构件上有广泛的应用前景。目前年均使用量约40余万吨,其中铝挤压件占28%。
     03铝合金轻质材料
     √ 特性好:理论上,铝的密度为钢铁的三分之一。在实际的许多应用中,铝可以比竞争材料节省高达50%的成本。对于小众车型来说,全铝车身可以减轻40-55%的重量,重量在70-140公斤之间,具体取决于汽车的尺寸。奥迪A8、捷豹XJ和路虎揽胜以其铝含量高而闻名,超过500公斤。
     √ 更安全:提高车辆的安全性能同时减少质量。6XXX铝的能量吸收能力是普通铝的两倍,也优于新开发的高强度钢。40%-55%的减重使改善车体结构刚性成为可能。适当选用的铝合金材料可满足行人保护设计要求的车体具有足够的变形空间和碰撞吸能能力。
     √ 潜力大:潜力还未挖掘。流行的小型家用车,重1229公斤。对于车身的减重,高强度钢的潜力只有11%,而铝可达到40-55%。采用先进的铝成形技术,普通中型车可减轻100公斤或35%。而对于电动汽车,减重使电池成本降低,使综合成本降低365欧元。而同时在生命周期中,减少温室气体排放1.5吨。
     √ 可持续:铝易于回收,在车辆生命周期中,95%的铝可被回收。在汽车的整个寿命周期内,1公斤铝可减少17公斤的二氧化碳排放量。根据每年欧洲1600万辆&中国3000万辆汽车的产量,这相当于在它们的寿命内分别避免了大约4000 & 7500万吨二氧化碳的排放。若平均每辆车140公斤铝可使两地区年总平均节油约30亿升。
     04多轴挤压方式
     传统挤压技术:
     成形效率低:多数弯曲部件只能分段多次挤压拉弯成形并辅以焊接最后组装,造成生产成本高,质量控制难等缺点,限制了轻量化材料在汽车和建筑领域中的应用。
     特殊产品成形难度大:目前,弯曲型材的制造主要通过对挤压型材进行冷弯成形。弯曲回弹、起皱、破裂和截面变形等成形缺陷成为弯曲型材制造的技术难题。很多薄壁或复杂弯曲部件无法折弯。
     产品尺寸精度低:传统的弯曲型材的制造方法存在产品尺寸精度难以保证、原材料浪费严重、加工周期较长且产生成本高等问题。
     成形工艺灵活性差:国内外目前普遍采用的挤压技术存在改造成本高,难以实现变曲率复杂弯曲件的一次成形,成形设备和工具通用性差,不容易有效控制材料流动,无法实现大曲率弯曲等局限。
     基于以上痛点,根据多年的对不同材料、热处理、材料模型等科研积淀,集数学、力学、材料科学及材料加工工艺有机结合产生的结晶。基于金属成形及材料仿真,开发出的独特工艺技术:挤压、三维弯曲、调质一体化专利成形技术。该技术能够将挤压与折弯工艺精准融合,与传统挤压技术相比,可实现35%制造成本的降低和百倍材料微观结构的细化。
     挤压、三维弯曲、调质一体化专利成形技术由两个独立的执行机构精确控制成形参数,实现侧向挤压,材料晶粒大小降低100-200倍,结构强度提升一倍以上,挤压、拉伸与弯曲一体化,降低生产成本,实现了复杂截面型材及薄壁件弯曲,避免截面扭曲。
     凯维思:“我们正处在一个轻量化时代,市场需要金属轻质材料能够在广泛的环境中得到应用,以满足减少排放、提高效率、提高产品能力的需要。”因此,我们的目标集设备制造、模具制造、智能自动化系统开发与型材挤压产品规模生 产为一体,引领交通运输产业链上下游合作伙伴深度合作。

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