汽車輕量化材料及制造工藝分析

杜弘

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，汽車設(shè)計(jì)更加注重安全、環(huán)保、智能等。本文主要從汽車輕量化研究作為切入點(diǎn)，分析了汽車輕量化所使用的材料和特點(diǎn)，簡單闡述汽車輕量化所涉及到的主要技術(shù)，以期為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化目標(biāo)提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：汽車輕量化材料 制造工藝 分析

中圖分類號(hào)：U643.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（a）-0095-02

隨著科學(xué)技術(shù)不斷地發(fā)展和進(jìn)步，帶動(dòng)了汽車工業(yè)的不斷發(fā)展。由于人們生活水平的提高，對(duì)于物質(zhì)上的需求更加迫切。汽車作為物質(zhì)生活的一部分，起到方便出行的作用，在日常生活生產(chǎn)中具有重要的作用和意義。隨著汽車在現(xiàn)實(shí)生活中的不斷普及，帶來的環(huán)保性問題、節(jié)能型問題、安全性問題等越來越明顯。在這種情況下，汽車的輕量化研究越來越受到人們的重視，不僅有助于控制污染物的排放，還有助于提升汽車使用性能和安全性能，對(duì)于汽車的發(fā)展和進(jìn)步有著重要的意義。

1 汽車輕量化研究和分析

1.1 汽車輕量化研究

汽車輕量化研究作為現(xiàn)代汽車研究的重要課題，并不是單純地將汽車體型進(jìn)行相應(yīng)的簡化。首先，在進(jìn)行輕量化研究的過程中，要保持汽車原有的性能不受到相應(yīng)的影響和破壞，適度地、有目的地減少汽車相應(yīng)的重量。其次，還應(yīng)該充分考慮汽車正常行駛的安全性、耐磨性、耐震性、舒適性，保證汽車本身的造價(jià)有所減少或維持不變的狀態(tài)，避免給客戶帶來相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。汽車輕量化技術(shù)作為一種全新技術(shù)，主要是由汽車結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和輕量化材料的使用兩個(gè)部分組成。汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕量化技術(shù)是保證汽車現(xiàn)代化結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)，不僅注重外形，更注重性能。在現(xiàn)階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輕量化一般采用前輪驅(qū)動(dòng)、高剛性結(jié)構(gòu)、超懸架結(jié)構(gòu)等來達(dá)到相應(yīng)的輕量化目的。在用材方面可以運(yùn)用材料替代或者采用新材料以便達(dá)到汽車輕量化的目的和要求。

1.2 汽車輕量化取決于汽車材料

減少汽車白車身重量不僅有助于減少汽車的總體重量，還有助于降低發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電功率。要實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的目的，首先就要在汽車制造材料找到相應(yīng)的突破口，具體而言，所采用的材料主要有一下幾種：第一種，使用密度小、強(qiáng)度高的輕質(zhì)材料，例如鋁鎂合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等。第二種，使用同密度、同彈性模量而且工藝性能比較好的界面厚度較薄的高強(qiáng)度鋼。第三種，使用基于新材料加工技術(shù)得而形成的輕量化結(jié)構(gòu)用材，如金屬基復(fù)合材料板、激光焊接板材等。

2 汽車輕量化材料

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的汽車輕量化，保證汽車設(shè)計(jì)的安全性能一直以來是汽車領(lǐng)域的重要問題。要促進(jìn)現(xiàn)代汽車輕量化發(fā)展，必須要采用輕質(zhì)化、高性能替代材料和新成型工藝，使汽車設(shè)計(jì)更加符合現(xiàn)代化的要求。在汽車領(lǐng)域中，除去外常見新型高強(qiáng)度鋼、輕合金材料等材料之外，本文主要介紹在汽車領(lǐng)域中最新使用比較頻繁的材料。

第一種是纖維增強(qiáng)材料。纖維增強(qiáng)材料數(shù)要是由如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等增強(qiáng)纖維材料，與基體材料經(jīng)過纏繞，模壓或拉擠等成型工藝而形成的復(fù)合材料。樹脂基體多種多樣，主要包括PP、PA6、PA66、PBT等，具有比強(qiáng)度高、比模量大、設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗腐蝕性好、耐久性好等特點(diǎn)，主要用在汽車前段模板、護(hù)板、托盤、支架等位置，保持產(chǎn)品成型穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以塑代鋼為汽車減重，在汽車改進(jìn)過程中具有劃時(shí)代的意義。

第二種是低密度PP材料。PP是所有合成樹脂中密度最小的，僅為0.90～0.91g/cm3，拉伸強(qiáng)度和剛性都比較好，但沖擊強(qiáng)度較差，特別是低溫時(shí)耐沖擊性差。此外，如果制品成型時(shí)存在取向或應(yīng)力，沖擊強(qiáng)度也會(huì)顯著降低。雖然抗沖擊強(qiáng)度差，但經(jīng)過填充或增強(qiáng)等改性后其機(jī)械性能在許多領(lǐng)域可與成本較高的工程塑料相競爭。若是在汽車輕量化設(shè)計(jì)的過程中，運(yùn)用低密度PP材料，具有較低密度、較高彎曲模量和高沖擊強(qiáng)度等特點(diǎn)，運(yùn)用在汽車保險(xiǎn)桿、儀表板、門板等部件具有顯著的減重效果，其耐刮擦性能和著色性能更佳。

第三種是工程塑料。工程塑料具有質(zhì)輕、防銹、吸震、可設(shè)計(jì)自由大等特點(diǎn)，運(yùn)用在汽車零部件、內(nèi)飾部件具有顯著效果。隨著現(xiàn)代汽車研究的不斷加深，工程塑料在汽車上的用量越來越普遍，甚至超過了鑄鐵的用量。很多塑料零件應(yīng)用于車身上，比如大眾系的車子都采用了塑料的前端水箱框架，有些車子有塑料的后地板等等。

第四種是低VOC綠色環(huán)保材料。在傳統(tǒng)的汽車材料中，運(yùn)用在汽車內(nèi)飾部件的揮發(fā)性有機(jī)化合物，簡稱為“VOC”，是影響車內(nèi)空氣質(zhì)量的主要原因之一。這種物質(zhì)帶有強(qiáng)烈的揮發(fā)性能，主要是由烷烴、烯烴、芳烴、乙醛或酮類等物質(zhì)組成，沸點(diǎn)通常在50℃～260℃的范圍之內(nèi)。一旦汽車內(nèi)部的溫度過高，這些物質(zhì)就會(huì)揮發(fā)形成霧翳并凝結(jié)在前擋風(fēng)玻璃上，直接阻礙駕駛?cè)藛T的視線。同時(shí)，這些物質(zhì)還能產(chǎn)生異味，導(dǎo)致人出現(xiàn)頭暈?zāi)垦?、干咳不適、過敏嚴(yán)重等不良反應(yīng)，對(duì)駕駛?cè)藛T的身體健康造成嚴(yán)重?fù)p壞。低VOC材料是通過使用高純度、高熱氧穩(wěn)定的添加劑，采用合適的工藝減少聚合物和助劑的降解，使用真空、添加劑吸附等手段實(shí)現(xiàn)低VOC，對(duì)于改善汽車室內(nèi)環(huán)境顯得尤為重要。

3 汽車輕量化制造工藝

3.1 激光焊接技術(shù)制造工藝

在汽車零件部件設(shè)計(jì)的過程中，可以使用激光焊接技術(shù)進(jìn)行輕量化處理，針對(duì)底板、側(cè)圍、尾門內(nèi)板等部位進(jìn)行處理，可以有效地對(duì)不同強(qiáng)度、厚度的高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行有效地焊接，保證不同焊接之間的整體性，從而提升材料的使用效率，減少相應(yīng)的浪費(fèi)。這種焊接技術(shù)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，是將不同強(qiáng)度、厚度的高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行無縫焊接，從而有效地減少汽車的重量，提升車身強(qiáng)度，從而改善整個(gè)車輛的性能。第二，改善了以往的加工流程，減少了模具使用數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。第三，突出工藝特性，強(qiáng)化耐腐蝕性效果。隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，激光焊接技術(shù)也發(fā)生巨大變化，但是在運(yùn)用的過程中，仍是會(huì)存在一系列的問題，所以重視激光焊接技術(shù)的研究和分析，對(duì)于實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的目標(biāo)具有顯著效果。

3.2 熱成型技術(shù)制造工藝

在汽車的制造過程中，汽車輕量化研究很大程度上離不開熱成型技術(shù)，對(duì)加強(qiáng)板制造、橫梁零件制作都有著直接的影響。這種技術(shù)的主要流程為鋼板加熱—形成奧氏體狀態(tài)—深加工，如此才能實(shí)現(xiàn)輕量化材料成型設(shè)計(jì)，保證汽車零件具有高性能，避免碰撞、沖擊等情況而導(dǎo)致汽車部件過度變形，影響汽車的實(shí)際運(yùn)用。

4 結(jié)語

在現(xiàn)實(shí)生活中，節(jié)能環(huán)保、安全舒適、智能通信已經(jīng)是汽車技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)，更是汽車可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵所在。隨著人們對(duì)環(huán)境重視度的加強(qiáng)，對(duì)于汽車高性能、高環(huán)保、高安全的研究已經(jīng)是當(dāng)下重要問題。降低汽車自重是汽車降低燃耗、減少排放的有效可行方式之一。要實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化設(shè)計(jì)，就要注重高強(qiáng)度鋼、輕質(zhì)材料、復(fù)合材料、工程塑料等材料的運(yùn)用，再運(yùn)用現(xiàn)代化的制造工藝，從而完美實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化目標(biāo)。

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