基于ESP钢板的货箱轻量化技术研究

康春香，刘熹，吴根忠



基于ESP钢板的货箱轻量化技术研究

康春香，刘熹，吴根忠

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

ESP是目前较先进的一种热轧钢板生产技术，具有强度高、料厚薄、价格便宜等优势。文章介绍了将ESP钢板应用在货箱上的轻量化方案，并对其进行仿真分析，判断其对轻量化的贡献。

ESP；轻量化；货箱；仿真分析

引言

目前整车轻量化的发展趋势及国家对商用车排放要求日趋严格，整车轻量化工作迫在眉睫。因货箱占整车重量的15%～20%，货箱的轻量化可为整车轻量化做出突出贡献。基于货箱大部分结构件为辊压件，对材料延伸率要求不高，因此考虑采用高强热轧板材代替冷轧板材，以提升产品的优势。

1 材料简介

ESP（Endless Strip Production）是指无头带钢生产，以连续不间断的生产工艺通过薄板坯连铸连轧设备从钢水直接生产出热轧带卷。作为目前较先进的一种热轧钢板生产技术，具有强度高、料厚薄、焊接性能好、成形性能好、产品性能均匀稳定、尺寸控制精度高、价格便宜等优势，可满足在成本基本不变的情况下实现货箱的轻量化和强度提升，同时控制产品成本。ESP板材应用于货箱轻量化的优势如图1所示：

图1 ESP板材应用于货箱轻量化的优势

2 基于ESP钢板的轻量化优化方案

2.1 ESP钢板材料应用方案

如图2所示，栏板货箱主要由前板、地板、左右边板、后边板和锁紧机构组成。其中，地板为主要的承载重量的部件，前板、左右边板和后边板主要限制货物在地板上水平方向的运动，锁紧机构则是限制边板之间的相对运动，将四块边板形成一个框架式的整体结构。

本轻量化研究将基于地板、左/右/后边板、前板三个区域方案进行优化设计，优化方向为截面、材质和料厚三方面。其中材质优化均由普板优化为ESP高强板。

图2 栏板货箱结构示意图

2.1.1货箱地板轻量化优化方案

优化货箱横梁和纵梁的截面，横梁截面由U型变为C型，纵梁截面由C型改为矩形管。优化货箱横梁、纵梁和地板的材质和料厚，将横梁材质由Q235A改为510L，料厚不变；讲将纵梁材质由Q235A改为QSTE700，料厚由3.0mm减薄到2.0mm；地板截面不变，材质由Q235A改为QSTE380，料厚由2.0mm减薄到1.8mm。

图3 货箱地板轻量化优化方案示意图

2.1.2货箱边板轻量化优化方案

保持货箱边板截面不变，边板材料由Q235A改为SAPH 370，料厚由1.5mm减薄到1.4mm。

2.1.3货箱前板轻量化优化方案

货箱前框和货箱前挡板截面不变，将货箱前框材料由Q235A改为510L，料厚由3.0mm减薄到2.5mm；货箱前挡板材料由Q235A改为510L，料厚由2.0mm减薄到1.6mm。

2.2 轻量化优化效果

货箱轻量化优化方案对产品的重量和成本的优化效果如表1所示，货箱成本及重量达成目标设定的降重≥10%，成本增加≤5%的要求。

表1 轻量化货箱与原型车货箱重量及成本对比

注：轻量化货箱高强钢应用比例77.9%，其中ESP钢板应用比例68.1%。

2.3 仿真分析验证

因为轻量化货箱的部分零部件料厚减薄，重量下降，为验证货箱性能是否受到影响，对其进行CAE仿真分析。CAE仿真分析包括货箱地板总成强度、货箱地板强度、货箱边板强度和货箱前板强度。将分析结果与原车型进行对比，如表2所示。

表2 轻量化货箱与原型车货箱CAE仿真分析结果对比

CAE各项分析结果显示：轻量化货箱各分总成的安全系数、强度均高于原型车货箱，符合项目目标设定。

为验证仿真分析结果，试制实车进行可靠性试验验证，验证结果显示轻量化货箱满足设计强度要求，达成设计目标。

2.4 工艺分析

因为该技术研究是基于现有车型进行，故对方案进行工艺分析，验证沿用现有工装设备的可行性。经工艺分析和试制验证，除货箱地板需重新开发模具以外，其余零部件优化方案均可利用现有设备和模具实现，大大降低了模具开发费用。除地板结构（横梁、纵梁）之外的变动还可运用至现有全系列车型货箱上，通用性强，在减轻货箱重量的同时还可以降低成本。

3 结论

该项技术研究大量运用ESP高强板材，在确保性能不降低的前提下达成了轻量化目标，成本浮动也在可控范围内。同时建立系统的货箱整体及分总成的CAE分析工况理论和CAE分析模型，为后期设计工作中提供了理论依据。

[1] 余志生.汽车理论.[M]机械工业出版社,2004.

[2] 陈琼.新材料的轻量化之路[J].汽车纵横,2016,（7）:114-119.

[3] 赵荣.无头带钢生产技术在国内推广前景的探讨[J],轧钢,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

A

1671-7988(2018)24-185-02

U462.1

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1671-7988(2018)24-185-02

U462.1

康春香，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心车身设计研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.066