塑料與復合材料在汽車輕量化設計中的應用研究

陳俊 張欽厚 蔣妍

摘要：汽車行業(yè)如今的發(fā)展速度非常快，而且隨著技術的更新以及人們對汽車的要求的提高，汽車在設計的過程中更加注重性能的優(yōu)化以及能耗的降低。在汽車輕量化設計中，將塑料和復合材料應用到其中，能夠有效的提升汽車的使用性能，而且能夠降低能耗，對環(huán)保有很大作用。鑒于此，本文對設計中的具體使用進行了分析，以供參考。

關鍵詞：汽車輕量化；設計；塑料與復合材料；應用

汽車行業(yè)的發(fā)展給人們帶來了很大的便利，但同時對交通、環(huán)境、資源等都有產(chǎn)生負面的影響，在汽車現(xiàn)代化設計生產(chǎn)中，汽車輕量化設計主要是為了能夠降低能耗，減少汽車尾氣的排放，對性能進行優(yōu)化，而塑料和復合材料的使用對這一過程的實現(xiàn)起到了很大的推動作用。

1.汽車輕量化設計的介紹

1.1汽車輕量化的含義及其設計的重要作用

汽車輕量化指的是汽車的整體質量能夠做到最大化的輕便，不過同時也要使汽車的強度以及安全性能都能夠達到標準要求，通過這一設計，能夠使汽車的動力性能得到有效的提高，而燃料的消耗能夠得到降低，這樣汽車尾氣的排放就會減少，從而使其對環(huán)境的污染能夠降低。通過研究以及實踐得出，汽車的整體質量如果能夠減少50%，使用過程中燃料的消耗大概也會減少50%，這對減少環(huán)境污染問題有極大的幫助。隨著節(jié)能環(huán)保理念的不斷深入，汽車的輕量化設計已經(jīng)逐漸的得到廣泛應用。而且汽車的整體質量得到有效的降低，能夠使內部結構的零部件磨損問題、汽車行駛耐久性能等得到有效的解決，對于汽車行業(yè)的發(fā)展有非常重要的作用。

1.2汽車輕量化設計的方式

1.2.1輕量化結構設計

如今科技的快速發(fā)展帶動了各個行業(yè)的進步，計算機技術在汽車設計制造行業(yè)中的應用極大的方便了設計環(huán)節(jié)的工作，而且利用計算機軟件模擬，能夠使整個設計工作更加的準確，還能夠極大的提高設計工作的效率。在汽車輕量化的設計過程中，通過使用計算機相關技術來進行汽車結構的設計優(yōu)化，能夠使汽車的質量在降低的情況下保證其行駛的性能以及安全性，計算機技術的輔助設計能夠使設計工作在成本得到控制的情況下完成對汽車結構的輕量化設計。這一設計過程中將汽車的結構強度等條件數(shù)據(jù)設置好后，通過數(shù)據(jù)庫能夠實現(xiàn)對整車設計性能的檢測和評估，這樣就能夠很好的控制汽車結構輕量化設計過程中其使用強度、安全性能不受到影響。

1.2.2輕量化材料設計

材料技術的發(fā)展應用使得一些工業(yè)產(chǎn)品的設計制造出現(xiàn)在人們的生活實際當中，材料技術的發(fā)展能夠推動我國的經(jīng)濟綜合實力得以提高。如今，材料技術的發(fā)展中，塑料和復合材料是主要的研究目標，而且在一些工業(yè)產(chǎn)品制造過程中得到了很好的使用。在汽車設計制造的過程中，輕量化材料的設計，不僅能夠使汽車整車的質量得到降低，還能夠創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。在汽車研發(fā)設計的過程中，復合材料的使用是汽車材料輕量化設計的重要方式，利用材料的設計來降低汽車整車的質量，可以使用塑料和復合材料來替代一些金屬材料。

2.汽車輕量化設計中塑料的應用

2.1儀表板中的應用

工程塑料在汽車輕量化設計過程中主要是應用到車身內外的裝飾性部件中，在耐磨性以及舒適感等方面的要求較高，而對于荷載承受力的要求比較低。汽車的儀表板裝飾，提供給開關、儀表以及收音機等安裝的地點，將塑料應用到其設計過程中，按照材質以及制作的技術主要有硬質和軟質。將發(fā)泡材料填到儀表板和表面真皮之間的是軟質儀表板，這種是通過塑料骨架或者是金屬支架來進行固定的，在汽車中的應用主要是一些中高檔次的。硬質儀表板的塑料成型較為快速，而且加工時能夠一次性的形成所需要的形狀，不過這種工藝材質的儀表板制作容易出現(xiàn)裂痕，在制作成型的過程中要進行平整處理。另外，近些年來有部分汽車在設計過程中都使用半硬質的儀表板，這種材質的儀表板填充材料是半硬質的，制作工藝與軟質儀表板是一樣的，不過后者的減震回彈性較好，而且安全性能比較高，對于抗形變、抗磨損問題都比較好。

2.2方向盤中的應用

方向盤是汽車在使用過程中最基本的控制部件，而且也是與汽車駕駛人接觸最多的，因此其材料設計會對駕駛人產(chǎn)生直接的影響，結構與材料設計的不同，也會帶給駕駛人員不同的使用感受。如今，很多的汽車方向盤材料都是使用半硬質或者是硬質的，方向盤的表面與殼體之間采用發(fā)泡進行填充。方向盤不同于儀表板，儀表板不需要考慮荷載，而方向盤的設計是需要能夠承受負荷壓力的，所以方向盤的材料設計不僅要能夠達到結構的穩(wěn)定，還要有一定的抗形變能力，防止使用過程中出現(xiàn)形變。使用塑料材質的方向盤代替了以往的金屬材質，能夠使方向盤的質量得到減輕，也使投入的成本費用得到有效的降低。一般塑料材質的方向盤使用的是玻璃纖維，能夠使方向盤的防護性能得到提升。

2.3車身面板中的應用

有實驗研究能夠證明，汽車的塑料車身板能夠比金屬車身板的力學性能更好、更穩(wěn)定，而且在耐磨性、抗沖擊方面都更好一些，材料制作工藝較為簡單，車身板結構較為穩(wěn)定，因此這種材料的制作費用也比較節(jié)省。熱塑性的塑料在通用型的汽車設計中應用比較普遍，隨著二代熱塑材料的出現(xiàn)，在一些檔次較高的汽車中這種材料也得到了應用。二代熱塑性塑料相比較而言，其材料特點主要是在車身表面的硬度以及平整度上表現(xiàn)較好，而且也具有較好的耐腐性。這種塑料材質的汽車車身板從表面來看是不差于金屬材質的車身板的，在光澤上與金屬車身大致一樣，不過制作費用卻非常低，應用逐漸廣泛。

3.汽車輕量化設計中復合材料的應用

3.1復合材料應用的優(yōu)點

在汽車輕量化設計過程中應用復合材料，能夠在很大程度上降低汽車的整體質量。應用復合材料來替代金屬材料的優(yōu)點主要體現(xiàn)在，首先是復合材料能夠使汽車對應的部件剛性更大，將復合材料應用到汽車車身上，代替了以往的金屬材料，能夠使剛度和強度都得到很大程度的提高。另外，由于復合材料的密度較小，所以相對來說質量很輕，將復合材料運用到汽車輕量化設計中，在保持汽車應有的強度和剛度的基礎上，能夠使汽車車身整體質量得到有效的降低。再者，復合材料因其多元化的組合，在汽車新材料研究制造方面就有更加廣的范圍，能夠從不同的角度來提高汽車的設計性能，使汽車的實用性和安全性都更高。還有就是復合材料在安全性上能夠更加有保證，汽車車身結構材料使用金屬材質使用時間長了就會容易磨損，用復合材料代替之后其抗磨損性能就能有效的提高。

3.2碳纖維復合材料在車身中的應用

復合材料在汽車輕量化設計過程中主要是應用到汽車車身的結構部件和車身覆蓋部件方面，對于性能的提升優(yōu)化有很大的幫助，是設計過程中的一種應用較好的材料。碳纖維復合材料的性能非常好，不過這種材料的制作費用非常高，所以目前在汽車設計中的應用范圍還比較小。在小部分的汽車設計研究中有試驗使用。

結束語

總而言之，汽車輕量化的設計在現(xiàn)代汽車發(fā)展中是一種必然的趨勢，塑料和復合材料由于其性能的突出特點，在汽車輕量化的設計過程中得以廣泛應用，這是實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的舉動。通過塑料和復合材料使用來盡可能的減少整車的質量，能夠使汽車的行駛性能更加優(yōu)異。

參考文獻：

[1] 張媛.塑料與復合材料在汽車輕量化設計中的應用[J].科技風，2018，No.345（13）：10-10.

[2] 左可雷，關世偉.復合材料在汽車輕量化設計中的應用[J].裝備制造技術，2015（05）：206-208.

[3] 高陽.汽車輕量化技術方案及應用實例[J].汽車工程學報，2018（10）：136-137.

[4] 胡群林，溫秀海，陳曉鋒，et al.汽車車身輕量化發(fā)展方向探討[J].成組技術與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2016，31（04）：38-45.

（作者單位：1柳州安美科技有限責任公司；2柳州市嘉誠汽車飾件系統(tǒng)有限公司）