汽車材料輕量化(共3頁(yè))

1、淺談汽車輕量化摘要：通過對(duì)汽車輕量化的意義的分析，以及汽車輕量化技術(shù)的現(xiàn)狀特點(diǎn)，引出了輕量化的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：汽車；輕量化；發(fā)展一、汽車輕量化的意義現(xiàn)階段，降低能耗、減少環(huán)境污染以及節(jié)約有限資源是各國(guó)面臨的一個(gè)十分重要而緊迫的課題，而通過減輕汽車自重能提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性、降低能耗、減少污染已成為全球汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。有關(guān)研究數(shù)據(jù)表明：若汽車整車質(zhì)量降低10%，燃油效率可提高 6%-8%；若滾動(dòng)阻力減少10%，燃油效率可提高3%；若車橋、變速器等機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率提高10%，燃油效率可提高7%。此外，車輛每減重100kg，CO2排放量可減少約5g/km。 由此可見，汽車輕量化對(duì)于節(jié)能減排具有重

2、大的意義，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。同時(shí)，輕量化還可以使車輛行駛時(shí)因底盤重量的減輕而減輕顛簸，提高了車身的穩(wěn)定性；輕量化的材料能對(duì)沖撞能量的吸收，又可以有效提高碰撞安全性。因此，無論是對(duì)于傳統(tǒng)動(dòng)力汽車，還是新能源汽車，輕量化一直是科研、汽車生產(chǎn)制造等重點(diǎn)探索方向。目前，在汽車輕量化領(lǐng)域，正呈現(xiàn)技術(shù)、工藝和材料等多方發(fā)力局面。一、汽車輕量化技術(shù)的現(xiàn)狀：汽車輕量化技術(shù)包括汽車結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)、輕量化材料的使用和制造工藝三個(gè)方面。輕量化材料：實(shí)現(xiàn)汽車輕量化必須集成利用多種新材料和相關(guān)應(yīng)用技術(shù)。 目前，汽車輕量化材料使用的主要是高強(qiáng)度鋼，其次是鋁鎂合金、復(fù)合材料及塑料。 其中，高強(qiáng)材料主要

3、用于降低鋼板厚度，保證汽車結(jié)構(gòu)和安全性能；低密度材料主要用于非結(jié)構(gòu)件替換和減輕汽車質(zhì)量。1)采用高強(qiáng)材料：高強(qiáng)鋼是輕量化的關(guān)鍵材料，它的大量使用既實(shí)現(xiàn)了整車輕量化， 又保證了汽車的安全性和可靠性，因此，高強(qiáng)鋼使用面廣且量大。2）采用輕量化材料：鋁合金是輕質(zhì)材料，具有良好的抗腐蝕性，應(yīng)用前景良好。近年來，鋁材在汽車上應(yīng)用量增加很快，主要是板材、擠壓材、鑄鋁及鍛鋁，在車身結(jié)構(gòu)、空間框架、外覆蓋件和車輪等處均有大量應(yīng)用。除了鎂合金以外，還采用更輕的鋁材料，用于殼體類、氣缸蓋罩蓋和方向盤骨架等件，現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)展到座椅骨架、車門、車頂、儀表盤骨架和支架類零件，輕量化效果更明顯。3） 復(fù)合材料的使用：塑料及

4、纖維復(fù)合材料在汽車工業(yè)的應(yīng)用也日趨增加，汽車上應(yīng)用塑料件已達(dá)數(shù)百個(gè)，多應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的缸套、活塞、連桿、活塞銷、搖臂和氣門挺柱，剎車系統(tǒng)的剎車盤和剎車轂。優(yōu)化設(shè)計(jì)：隨著汽車工業(yè)設(shè)計(jì)水平的不斷提高，如果汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，不僅可以減少材料的使用量，還能達(dá)到輕量化的目的，常采用超輕懸架結(jié)構(gòu)、高剛性結(jié)構(gòu)來達(dá)到輕量化目的；1)結(jié)構(gòu)構(gòu)建：優(yōu)化設(shè)計(jì)中可以優(yōu)化車身的空間結(jié)構(gòu)，減小或減少車身多余的尺寸、零件數(shù)量和零部件厚度，優(yōu)化零部件形貌，減少不必要的結(jié)構(gòu)或用于增強(qiáng)的加強(qiáng)件數(shù)目。2)材料選擇:優(yōu)化設(shè)計(jì)中采用CAE 技術(shù)的利用可以給出材料選擇的合理預(yù)判。3)工藝預(yù)置:在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，通過 CAE 技術(shù)可以分析出汽

5、車的工藝使整車能否達(dá)到輕量化目標(biāo)的可行性和路徑。4)試驗(yàn)仿真:采用CAE分析技術(shù)仿真替代部分試驗(yàn)測(cè)試，如：白車身彎扭試驗(yàn)、白車身 NVH 試驗(yàn)、白車碰撞試驗(yàn)及保險(xiǎn)杠碰撞試驗(yàn)等。制造工藝：熱成形技術(shù)、液壓成形技術(shù)、激光拼焊板技術(shù)和金屬半固態(tài)成形技術(shù)的應(yīng)用大大減輕了整車的重量。1) 熱成形技術(shù): 該技術(shù)通過快速冷卻淬火，熱成形后制件強(qiáng)度得到大幅提高；成形性優(yōu)良；降低壓機(jī)噸位；尺寸精度較高；零件表面硬度、抗凹性和剛度好。2) 液壓成形技術(shù):該技術(shù)與沖壓焊接件相比，可以節(jié)約材料，減少后續(xù)工作量，并且由于焊接減少，可提高構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度；而與沖焊件相比，可降低生產(chǎn)成本和模具費(fèi)。3) 激光拼焊板技術(shù):該技

6、術(shù)焊接速度快，熱影響區(qū)小，且成形性良好，除此之外，還可使模具的數(shù)量和后續(xù)生產(chǎn)工序減少，從而降低了生產(chǎn)成本，并提高了零部件的質(zhì)量，優(yōu)化了零件結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了不同強(qiáng)度和不同厚度板材的特性。4) 金屬半固態(tài)成形技術(shù):該技術(shù)的特點(diǎn)是高效、高性能、低成本與節(jié)能環(huán)保，該技術(shù)經(jīng)過多年不斷發(fā)展，日趨成熟，并對(duì)在汽車結(jié)構(gòu)零件鋁合金中起到了推動(dòng)的作用。 近年來，我國(guó)在汽車輕量化方面取得了不少成果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“九五”和“十五”及“十三五”期間，一批汽車新材料項(xiàng)目被列為國(guó)家“863”、“973”、“585”高新技術(shù)項(xiàng)目和國(guó)家科技攻關(guān)重大項(xiàng)目。此外我國(guó)政府也公布了汽車節(jié)能減排計(jì)劃，2016年1月1日起執(zhí)行，每年將設(shè)置油耗

7、達(dá)標(biāo)值，直至到乘用車平均油耗降至5.0升/100公里，這些都促進(jìn)了汽車輕量化技術(shù)的進(jìn)步。三、汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展方向 ：汽車工業(yè)雖然是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，但汽車輕量化技術(shù)還處于很不成熟的階段，未來將有很大發(fā)展前景。在汽車輕量化的研發(fā)方面：首先，要打破輕量化技術(shù)發(fā)展所涉及的眾多學(xué)科之間的壁壘，形成綜合性、系統(tǒng)性知識(shí)體系；接著，國(guó)家應(yīng)該作出戰(zhàn)略性和前瞻性的超前部署，以創(chuàng)新需求為紐帶來獲取汽車輕量化核心技術(shù)為長(zhǎng)期戰(zhàn)略目標(biāo)，大力發(fā)展新材料、新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面：汽車結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化已逐步發(fā)展成熟并得到廣泛應(yīng)用，但汽車結(jié)構(gòu)的多學(xué)科、多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，離散桿系結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方法，還有待進(jìn)一步研究和完善。在輕量化材料的應(yīng)用方面：變形鎂合金、新型塑料和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有較大的應(yīng)用潛力；另外，同一部件的組成零件可由不同材料制造，以實(shí)現(xiàn)所用的材料與零件功能達(dá)成最佳組合，最大程度地滿足汽車結(jié)構(gòu)的輕量化要求。在工藝研究方面：液壓成型、激光焊接將得到更為廣泛的應(yīng)用，熱成形工藝和變厚度板的應(yīng)用將得到進(jìn)一步發(fā)展。此外，零部件如車橋、懸架