輕量化技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用
2016-03-16 16:56:19宋孝勇
環(huán)球市場 2016年34期
張 軒 宋孝勇
陜汽集團寶雞華山工程車輛有限責(zé)任公司
輕量化技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用
張 軒 宋孝勇
陜汽集團寶雞華山工程車輛有限責(zé)任公司
中國正式的治超從2011年開始在全國逐步實施，但因種種客官或主觀原因，超限治理在中國舉步維艱。直到2016年9月，新GB1589正式實施，由國家交通運輸部等國家五部門聯(lián)合部署為期兩年的治理超限超載專項行動，開始在全國迅速實施，此次實施標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)、力度大、持續(xù)時間長，彰顯了國家對超限治理的決心和信心。用戶為了多拉貨物且總質(zhì)量不超載，輕量化技術(shù)在汽車工程領(lǐng)域得到了應(yīng)用。基于此，本文對汽車工程中應(yīng)用的輕量化技術(shù)進行分析。
輕量化；技術(shù)；超限治理；汽車工程；應(yīng)用
1 輕量化技術(shù)概述
在汽車工程領(lǐng)域合理的應(yīng)用輕量化技術(shù)已經(jīng)成為了極為重要的一個發(fā)展趨勢，這種輕量化技術(shù)主要就是指通過針對汽車結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計、部分功能優(yōu)化以及使用新型材料從而達到降低車輛自身重量，滿足整車技術(shù)設(shè)計要求，從而在發(fā)揮原有功能的基礎(chǔ)上，確保其能夠在行駛中表現(xiàn)出較為理想的安全性和舒適度。結(jié)合目前我國汽車工程中的輕量化技術(shù)現(xiàn)狀來看，在制造工藝材料和汽車結(jié)構(gòu)方面都已經(jīng)有了一定的發(fā)展，已經(jīng)在一定程度上優(yōu)化改善了當(dāng)前我國的汽車工程的現(xiàn)狀，對汽車的自重進行不同程度的改善，使其適應(yīng)現(xiàn)代汽車行業(yè)的輕量化要求。
2 輕量化技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用
2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用
在汽車工程的結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)的應(yīng)用中，其核心是通過對汽車總體結(jié)構(gòu)的分析和優(yōu)化，從而實現(xiàn)汽車零部件的輕量化和整體化。在實際的應(yīng)用過程中，需要考慮協(xié)調(diào)汽車整車整車與系統(tǒng)、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的各種問題，通過CAD技術(shù)和CAE技術(shù)分別對汽車構(gòu)件的形狀、配置和板材的厚度進行分析，進而探究構(gòu)件的布局和運動干涉，從而了解汽車的具體結(jié)構(gòu)以及其結(jié)構(gòu)的運行規(guī)律。另外，還可以通過形狀優(yōu)化法實現(xiàn)汽車零件質(zhì)量的降低。這種技術(shù)是通過形狀的變異來降低峰值或使應(yīng)力分布均勻化，對負(fù)荷較高的位置貯存材料。去除低負(fù)載部位的材料，對零件形狀的設(shè)計要按照避免出現(xiàn)應(yīng)力高峰并使應(yīng)力分布均勻來設(shè)計，從而在保障汽車整體性能的基礎(chǔ)上降低零件的質(zhì)量，實現(xiàn)輕量化。
2.2 在汽車材料方面的應(yīng)用
對于現(xiàn)代汽車自重的有效降低還需要重點從汽車所用材料方面進行優(yōu)化。在當(dāng)前具體的汽車生產(chǎn)制造中，應(yīng)用效果比較理想的一些汽車材料主要有以下幾類：首先是高強度鋼。高強度鋼具有較強的抗沖擊效果，對汽車而言是運行安全的重要保障條件。另外，高強度鋼的應(yīng)用可以通過厚度的降低有效減少自身的重量。鋁鎂合金也是應(yīng)用較為廣泛的一種新型材料。具有塑性較為突出，易成型的特點被應(yīng)用在汽車的車身和底盤等部位，應(yīng)用同樣能夠體現(xiàn)出極為明顯的質(zhì)量輕的優(yōu)勢，具有較高的應(yīng)用價值。工程塑料在汽車中的應(yīng)用能夠體現(xiàn)出密度小、耐腐蝕以及隔熱等多方面的作用效果，同樣也就能夠降低汽車自重。
2.3 制造工藝的應(yīng)用
對汽車工程而言，要想實現(xiàn)現(xiàn)代化的發(fā)展，適應(yīng)市場的發(fā)展需求和趨勢，還需要通過制造工藝的改革和創(chuàng)新。上文已經(jīng)介紹了一些新型的制造材料，由于這些輕量化材料的出現(xiàn)，為了發(fā)揮材料的功能，實現(xiàn)汽車的輕量化，還研發(fā)相應(yīng)的制造工藝來配合這些材料的使用，如激光焊接、液壓成型、半固態(tài)金屬加工、注射成型和噴射成型技術(shù)等。激光焊接工藝采用各種復(fù)合板進行拼焊，可以改善零部件的使用性能，降低汽車自身重量，提高汽車結(jié)構(gòu)可靠性及安全性能。液壓成型工藝是將待加工管件或板料置于密閉模具中，通過流體介質(zhì)使管件或板料在模具中變形成型，該工藝取代了傳統(tǒng)的加工模式，提高了產(chǎn)品品質(zhì)，降低了汽車重量和成本，因此被廣泛地應(yīng)用于汽車零部件如排氣系統(tǒng)、后橋、發(fā)動機支架等。半固態(tài)鑄造技術(shù)是將金屬或合金材料在固態(tài)與液態(tài)溫度區(qū)間內(nèi)進行加工，主要分為流變鑄造和觸變鑄造兩種工藝類型。
3 汽車輕量化實現(xiàn)的有效途徑
汽車輕量化實現(xiàn)的有效途徑一般包括結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、強度高密度低材料的使用以及先進輕量化制造工藝技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計逐漸成為汽車輕量化的重要環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以利用最低的成本實現(xiàn)性能的最佳化，同時還可以獲得最明顯的減重效果。要想實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，就要具備經(jīng)驗豐富且理論實踐水平較高的設(shè)計工程師，通過他們的主觀勞動配合現(xiàn)代化的技術(shù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化。而強度高密度低材料的使用與先進輕量化制造工藝技術(shù)的應(yīng)用作為兩種有效的汽車輕量化的途徑，在具體的設(shè)計過程中對于成本非常敏感，因此，在進行大批量生產(chǎn)的汽車行業(yè)中，許多汽車工程的制造企業(yè)都迫于對成本的敏感性而不敢對新型材料進行創(chuàng)新和使用，造成對輕量化進程的阻礙。因此要積極通過現(xiàn)代化的技術(shù)和設(shè)備，結(jié)合汽車工程的制造現(xiàn)狀，以輕量化為目標(biāo)進行材料和工藝的開發(fā)和應(yīng)用，盡量避免成本的浪費。另外要實現(xiàn)汽車的輕量化，不僅僅是要注重汽車整體的重量，還要對汽車的整體性能和尺寸等進行綜合的考量。
4 輕量化技術(shù)未來的發(fā)展?jié)摿?/h2>
近年來，我國對環(huán)保、安全、節(jié)能方面的要求不斷提高。汽車工業(yè)作為國家經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，目前正處于高速發(fā)展的時期，輕量化技術(shù)的運用并不成熟。面對新的能源危機和環(huán)境污染問題，對汽車輕量化的要求顯得越來越迫切。實現(xiàn)輕量化是衡量汽車工業(yè)技術(shù)成就的重要標(biāo)志之一，為此，汽車制造廠家和研究機構(gòu)都致力于研究輕量化技術(shù)，從技術(shù)、成本角度分析和改善汽車材料和工藝，探索應(yīng)用新材料、新工藝的可行性。同時，加快輕量化的設(shè)計和應(yīng)用對提升我國汽車整體水平、行業(yè)國際競爭力、振興民族工業(yè)都具有非常深遠的意義?，F(xiàn)階段，汽車小型化和輕量化是近、中期汽車排放目標(biāo)控制的基礎(chǔ)，汽車輕量化成為新能源汽車開發(fā)的重要課題，從可持續(xù)發(fā)展要求出發(fā)，研究和評估汽車輕量化技術(shù)成為重要方向。
總而言之，在汽車領(lǐng)域中，保證其對能源的節(jié)約以及對環(huán)境的保護已經(jīng)成為了這一領(lǐng)域發(fā)展的一個主要趨勢，為了實現(xiàn)對能源的節(jié)約，，就必須要將輕量化技術(shù)應(yīng)用到具體的汽車設(shè)計過程中。從汽車結(jié)構(gòu)、汽車材料以及汽車制造工藝等方面成分應(yīng)用輕量化技術(shù)，合理地選擇工藝與技術(shù)，促進汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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