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“工业之米”紧固件如何满足新能源汽车的技术需求?

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导读:汽车紧固件数量多、种类多,包括螺栓、螺柱、螺丝、垫圈、挡圈、销、铆钉、焊钉及组合件和连接件等。汽车紧固件的需求约占整个紧固件行业总销量的23%左右,行业占比最高。

2021年11月10日,中国汽车工业协会发布数据显示,今年1至10月,我国汽车产销量分别达2058.7万辆和2097万辆,同比分别增长5.4%和6.4%。其中,1至10月,我国新能源汽车产销量分别达256.6万辆和254.2万辆,同比增长均为1.8倍。在新能源汽车主要品种中,与上年同期相比,纯电动和插电式混合动力汽车产销量延续了稳步增长势头。

可见,新能源汽车最近发展势头强劲。全球汽车厂家也正全面往新能源汽车方面转型,汽车零部件厂商也不例外。业内人士认为,以发动机为代表的内燃机车需要使用约3万个零部件,而纯电动汽车上的零部件则减少到一半。因此,众多汽车零部件企业正努力去改进技术,以迎合汽车厂商的需求。

一、结构轻量化

据了解,每辆汽车需要使用2000~3000个紧固件。纯电动汽车的设计与发动机车不同,紧固件的功能需要进一步提高,轻量化就是其中之一。

日本大型螺丝制造商日东精工生产的“GIZATITE”螺丝,就是为了适应新能源汽车而开发的。该螺丝牙上到处是沟槽。当你将螺丝拧入构件之后,对象材料会像黏土一样发生变形,嵌入沟槽之间。而且,螺丝牙的截面为左右不对称的三角形,不容易松动脱落。这种螺丝由于不需要螺母、且在狭小的空间也能牢固连接构件,因此适合用于传感器等小型零部件的安装。

二、材料轻量化

除了从螺丝的结构上下功夫,零部件厂家也从材料进行改造。

业内人士表示,要改善纯电动汽车的“电耗”,必须减轻汽车重量,因此,零部件需要大量使用比铁等材料重量轻的材料,例如树脂。

日本汽车螺丝制造商YAMASHINA董事古川泰司表示。如果每颗螺丝的重量减轻0.5克,按1辆车的用量换算,就能让汽车减轻1千克以上的重量。

YAMASHINA公司此前对在相关领域领先的欧洲车进行了研究,耗费3年时间开发出了可以替代铁产品的铝螺丝。

铝螺丝与树脂零部件也很匹配。据称,在热变化导致的收缩率方面,两者十分接近,螺丝不易松动。YAMASHINA已面向被视为新一代材料的碳纤维增强复合材料(CFRP)开发出产品。该公司认为“伴随着材料的多样化,铝螺丝的使用场合也会不断增加”。

另一方面,大阪府大东市的螺丝厂商MaruemuWorks则在大力开发钛螺丝。这种螺丝在面对拉力时具有很强的回弹力,螺丝的轴会像弹簧一样伸缩,因此受到强烈晃动时也不易松动。预计此款螺丝将用于纯电动汽车中安全性要求特别高的部位。不过材料费用是铁的30倍,而且加工难度大。Maruemu Works还在全球首次成功量产镁合金螺丝。

不仅日本,全球汽车零部件制造商在汽车设计制造中,也越来越多地使用镁铝合金等轻量化材料。

金蜘蛛紧固件网专家顾问张先鸣指出,钢和镁铝合金之间由于存在严重的电位差会导致严重的电解腐蚀,钢和镁铝合金之间的热膨胀系数差异较大也会导致严重的预紧力变化,造成连接处明显松弛,而采用高抗拉强度的铝合金材料紧固件则能克服这些问题。

考虑到汽车轻量化的因素,目前汽车大量使用高强度钢板,某些设计还采用铝合金板,进一步降低整车重量。因此,金属薄板连接在汽车生产和装配中占据了很大的比重,如汽车白车身的焊接、车身部件的连接和车身内饰件的安装等,利用紧固件连接金属薄板是汽车生产中除焊接以外的主要连接方式,应用铝合金板材主要是考虑到其品质轻,在汽车非重要承接部位代替钢板,铝合金的焊接特性很差,因此多采用紧固件连接

如车门铰链与车身金属薄板的连接一般采用双螺丝配合焊接螺母,保证在车辆碰撞或翻滚时车门有效保护乘员,且在事故中连接部位不易变形,乘员能顺利逃生。

三、高强度螺栓与耐热螺栓的应用

目前中国新能源汽车通常采用10B33、SCr440(40Cr)、SCM435(35CrMo)和SCM440(42CrMo)钢材生产8.8、9.8、10.9级高强度螺栓,其最高强度级别为1200Mpa级(12.9级)。

在汽车轻量化趋势下,动力总成系统一方面面临着功率密度不断提升的要求,另一方面又面临越来越严格的排放要求。高功率密度必然带来压力提高、温度上升、负荷增加,而严格的排放标准又要求减轻重量和减少内部摩擦。

在新能源汽车螺栓/螺柱的连接设计中,设计者不仅要充分考虑螺栓的尺寸、材料、公差等级、机械性能等,还要充分考虑螺栓的应用环境,如温度(高/低温)、振动、冷热交替、腐蚀性等环境影响因素。排气系统由于其环境的特殊性和连接件间的密封问题,一直是各汽车厂家研发过程的设计难题。因此对于高强度螺栓以及高温环境下的耐热螺栓研发应运而生。

此外,全球已经出现了使用粘合剂和热焊接技术的潮流。精通汽车零部件接合技术的东京工业大学教授佐藤千明表示,“螺丝不会消失”。但他同时认为,纯电动汽车常常需要在狭小空间里紧固零部件,“为了防止松动等,同时使用粘合剂的情况将会增多”。螺丝需要不断进化升级。

值得一提的是,国内传统汽车零部件企业也在积极转型升级。11月24日,长华股份发布公告称7.6亿元非公开发行股票申请获得证监会核准批复。根据公司此前披露的定增预案显示,公司本次募集资金主要用于年产20亿件汽车高强度紧固件生产线建设项目(一期)、汽车冲焊件(广清产业园)生产基地建设项目(一期)以及轻量化汽车铝部件智能化生产基地项目。

事实上,近几年来长华股份一直积极致力于开拓新能源汽车市场业务,公司已与数家传统车企建立了新能源汽车业务关系并承接了新项目,同时与汽车新势力整车制造商建立业务关系并合作了新项目。

四、拧螺丝设备的变化

据了解,日本汽车用拧螺丝机大型制造商Estic已开始向美国电动汽车制造商特斯拉和Rivian供应设备。此前Estic擅长应对直径10毫米左右的螺丝。纯电动汽车的小型电子零部件较多,还必须使用只有其五分之一大小的螺丝。Estic公司的铃木社长表示,“包括安装螺丝在内,自动化不可避免,我们将与机器人制造商加深合作”。

近年来,新能源汽车产业已成为我国汽车行业发展的重要方向,新能源汽车的发展,为汽车制造行业带来了新的市场热点与存量市场替换需求,也持续推动汽车零部件企业的转型升级,且促使着众多螺丝以及相关设备厂家进行转型发展。

来源:金蜘蛛紧固件

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