康春香，劉熹，吳根忠

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基于ESP鋼板的貨箱輕量化技術(shù)研究

康春香，劉熹，吳根忠

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

ESP是目前較先進(jìn)的一種熱軋鋼板生產(chǎn)技術(shù)，具有強(qiáng)度高、料厚薄、價(jià)格便宜等優(yōu)勢。文章介紹了將ESP鋼板應(yīng)用在貨箱上的輕量化方案，并對其進(jìn)行仿真分析，判斷其對輕量化的貢獻(xiàn)。

ESP；輕量化；貨箱；仿真分析

引言

目前整車輕量化的發(fā)展趨勢及國家對商用車排放要求日趨嚴(yán)格，整車輕量化工作迫在眉睫。因貨箱占整車重量的15%～20%，貨箱的輕量化可為整車輕量化做出突出貢獻(xiàn)。基于貨箱大部分結(jié)構(gòu)件為輥壓件，對材料延伸率要求不高，因此考慮采用高強(qiáng)熱軋板材代替冷軋板材，以提升產(chǎn)品的優(yōu)勢。

1 材料簡介

ESP（Endless Strip Production）是指無頭帶鋼生產(chǎn)，以連續(xù)不間斷的生產(chǎn)工藝通過薄板坯連鑄連軋?jiān)O(shè)備從鋼水直接生產(chǎn)出熱軋帶卷。作為目前較先進(jìn)的一種熱軋鋼板生產(chǎn)技術(shù)，具有強(qiáng)度高、料厚薄、焊接性能好、成形性能好、產(chǎn)品性能均勻穩(wěn)定、尺寸控制精度高、價(jià)格便宜等優(yōu)勢，可滿足在成本基本不變的情況下實(shí)現(xiàn)貨箱的輕量化和強(qiáng)度提升，同時控制產(chǎn)品成本。ESP板材應(yīng)用于貨箱輕量化的優(yōu)勢如圖1所示：

圖1 ESP板材應(yīng)用于貨箱輕量化的優(yōu)勢

2 基于ESP鋼板的輕量化優(yōu)化方案

2.1 ESP鋼板材料應(yīng)用方案

如圖2所示，欄板貨箱主要由前板、地板、左右邊板、后邊板和鎖緊機(jī)構(gòu)組成。其中，地板為主要的承載重量的部件，前板、左右邊板和后邊板主要限制貨物在地板上水平方向的運(yùn)動，鎖緊機(jī)構(gòu)則是限制邊板之間的相對運(yùn)動，將四塊邊板形成一個框架式的整體結(jié)構(gòu)。

本輕量化研究將基于地板、左/右/后邊板、前板三個區(qū)域方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化方向?yàn)榻孛妗⒉馁|(zhì)和料厚三方面。其中材質(zhì)優(yōu)化均由普板優(yōu)化為ESP高強(qiáng)板。

圖2 欄板貨箱結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.1貨箱地板輕量化優(yōu)化方案

優(yōu)化貨箱橫梁和縱梁的截面，橫梁截面由U型變?yōu)镃型，縱梁截面由C型改為矩形管。優(yōu)化貨箱橫梁、縱梁和地板的材質(zhì)和料厚，將橫梁材質(zhì)由Q235A改為510L，料厚不變；講將縱梁材質(zhì)由Q235A改為QSTE700，料厚由3.0mm減薄到2.0mm；地板截面不變，材質(zhì)由Q235A改為QSTE380，料厚由2.0mm減薄到1.8mm。

圖3 貨箱地板輕量化優(yōu)化方案示意圖

2.1.2貨箱邊板輕量化優(yōu)化方案

保持貨箱邊板截面不變，邊板材料由Q235A改為SAPH 370，料厚由1.5mm減薄到1.4mm。

2.1.3貨箱前板輕量化優(yōu)化方案

貨箱前框和貨箱前擋板截面不變，將貨箱前框材料由Q235A改為510L，料厚由3.0mm減薄到2.5mm；貨箱前擋板材料由Q235A改為510L，料厚由2.0mm減薄到1.6mm。

2.2 輕量化優(yōu)化效果

貨箱輕量化優(yōu)化方案對產(chǎn)品的重量和成本的優(yōu)化效果如表1所示，貨箱成本及重量達(dá)成目標(biāo)設(shè)定的降重≥10%，成本增加≤5%的要求。

表1 輕量化貨箱與原型車貨箱重量及成本對比

注：輕量化貨箱高強(qiáng)鋼應(yīng)用比例77.9%，其中ESP鋼板應(yīng)用比例68.1%。

2.3 仿真分析驗(yàn)證

因?yàn)檩p量化貨箱的部分零部件料厚減薄，重量下降，為驗(yàn)證貨箱性能是否受到影響，對其進(jìn)行CAE仿真分析。CAE仿真分析包括貨箱地板總成強(qiáng)度、貨箱地板強(qiáng)度、貨箱邊板強(qiáng)度和貨箱前板強(qiáng)度。將分析結(jié)果與原車型進(jìn)行對比，如表2所示。

表2 輕量化貨箱與原型車貨箱CAE仿真分析結(jié)果對比

CAE各項(xiàng)分析結(jié)果顯示：輕量化貨箱各分總成的安全系數(shù)、強(qiáng)度均高于原型車貨箱，符合項(xiàng)目目標(biāo)設(shè)定。

為驗(yàn)證仿真分析結(jié)果，試制實(shí)車進(jìn)行可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果顯示輕量化貨箱滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.4 工藝分析

因?yàn)樵摷夹g(shù)研究是基于現(xiàn)有車型進(jìn)行，故對方案進(jìn)行工藝分析，驗(yàn)證沿用現(xiàn)有工裝設(shè)備的可行性。經(jīng)工藝分析和試制驗(yàn)證，除貨箱地板需重新開發(fā)模具以外，其余零部件優(yōu)化方案均可利用現(xiàn)有設(shè)備和模具實(shí)現(xiàn)，大大降低了模具開發(fā)費(fèi)用。除地板結(jié)構(gòu)（橫梁、縱梁）之外的變動還可運(yùn)用至現(xiàn)有全系列車型貨箱上，通用性強(qiáng)，在減輕貨箱重量的同時還可以降低成本。

3 結(jié)論

該項(xiàng)技術(shù)研究大量運(yùn)用ESP高強(qiáng)板材，在確保性能不降低的前提下達(dá)成了輕量化目標(biāo)，成本浮動也在可控范圍內(nèi)。同時建立系統(tǒng)的貨箱整體及分總成的CAE分析工況理論和CAE分析模型，為后期設(shè)計(jì)工作中提供了理論依據(jù)。

[1] 余志生.汽車?yán)碚?[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2] 陳瓊.新材料的輕量化之路[J].汽車縱橫,2016,（7）:114-119.

[3] 趙榮.無頭帶鋼生產(chǎn)技術(shù)在國內(nèi)推廣前景的探討[J],軋鋼,2016,（5）:87-89.

Study on lightening technology of container based on ESP steel plate

Kang Chunxiang, Liu Xi, Wu Genzhong

( Anhui jianghuai automobile group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

ESP is a kind of advanced hot rolled steel production technology with high strength, thin material, low price and other advantages at present. This paper introduces the lightweight scheme of the application of ESP steel plate on the container, and makes simulation analysis to judge its contribution to the lightweight scheme.

Endless Strip Production; lightweight of automobile; container; simulation analysis

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1671-7988(2018)24-185-02

U462.1

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1671-7988(2018)24-185-02

U462.1

康春香，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心車身設(shè)計(jì)研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.066