汽車結(jié)構(gòu)材料的選擇

鄒冶 王經(jīng)緯

1.沈陽馬勒汽車熱系統(tǒng)有限公司 遼寧 沈陽 110000

2.延鋒彼歐（沈陽）汽車外飾系統(tǒng)有限公司 遼寧 沈陽 110000

引言

汽車行業(yè)是近年來發(fā)展比較快速的產(chǎn)業(yè)，為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車的制造技術(shù)也有了很大提升，汽車的功能越來越多，結(jié)構(gòu)形式也越來越復(fù)雜。在當(dāng)前的節(jié)能環(huán)保理念下，為了使汽車更加的安全、舒適、環(huán)保、節(jié)能，實現(xiàn)高性能、高強(qiáng)度、輕量化目標(biāo)，汽車制造的材料也發(fā)生了變化，可以預(yù)見，未來的汽車制造中金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料及納米材料會發(fā)揮越來越重要的作用。

1 汽車結(jié)構(gòu)材料的分類

1.1 金屬材料性能

與汽車所用鋼板對比，鋁合金材料優(yōu)勢明顯如：密度低、熱穩(wěn)定性較好、成形速度快、二次回收率高。與鋼板材料對比，鋁合金加工可減輕約43%的重量。此外，與金屬板材相比，它最大的優(yōu)勢是可回收二次利用，因此在汽車行業(yè)中使用時受到環(huán)保人士的認(rèn)可。同時，通過在金屬材料表面添加防腐材料，可大大減輕車輛重量，并且鋁板密度小。鎂的密度較低，比汽車用鋼輕65%。它比鋁輕34%。此外，它還具有較好的導(dǎo)熱性、較好的阻尼特性和較強(qiáng)的電磁屏蔽能力。鎂材料主要應(yīng)用于航空工業(yè)，近些年在汽車工業(yè)中也有應(yīng)用。與鐵相比，鈦的密度只有鐵的一半，但強(qiáng)度更高。因此，鈦材質(zhì)常用于汽車發(fā)動機(jī)鑄件等，比如用于制造對強(qiáng)度、硬度、防銹性和耐磨性有較高要求的零件。

1.2 復(fù)合材料

復(fù)合材料是由有機(jī)聚合物、金屬、無機(jī)非金屬等材料合成的一種新型材料。 目前，碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料和玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料都已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)中。 碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料是一種理想的輕質(zhì)制造材料，具有重量輕、強(qiáng)度高、剛性強(qiáng)、耐腐蝕、抗蠕變等優(yōu)點。它通常被用于制造汽車的翼板、門、屋頂、導(dǎo)流板、發(fā)動機(jī)罩、尾板等部件。有些汽車制造商甚至制造了所有的復(fù)合材料車身和卡車滑板。但還未應(yīng)用于實際，在歐美等西方國家，汽車制造業(yè)中消耗的復(fù)合材料最多，汽車制造業(yè)消耗的復(fù)合材料占全國總產(chǎn)量的30%以上。 近年來，中國汽車制造商一直致力于研究復(fù)合材料在汽車制造中的應(yīng)用，如東風(fēng)公司和柳州汽車公司，正在研發(fā)生產(chǎn)家用汽車用復(fù)合材料。

1.3 塑料性能

在塑料制品方面，工程塑料也越來越多地用于汽車，與普通塑料相比，工程塑料具有更良好的耐熱性和耐磨性，以及機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性。此外，金屬材料形成時間短，質(zhì)量輕。工程塑料更試用于汽車結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)輕量化和節(jié)能的目標(biāo) 。在更換了金屬后，車身在輕量化方面取得了顯著的成就。工程塑料可以回收利用。

2 汽車車身輕量化設(shè)計中復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用

2.1 碳纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)材料在車身中的應(yīng)用

輕量化設(shè)計的過程中，復(fù)合材料主要被應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件和車身覆蓋件。碳纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)異，但缺點是生產(chǎn)成本高，在汽車制造業(yè)中的實際應(yīng)用還少?，F(xiàn)在主要出于設(shè)計和研究過程中。復(fù)合材料的優(yōu)點。復(fù)合材料的應(yīng)用將大大降低汽車的整體重量。采用復(fù)合材料代替金屬材料的優(yōu)點是: 一是復(fù)合材料適用于汽車車身構(gòu)件?？梢杂不嚨南鄳?yīng)部件，更換以前的金屬材料可以大大提高構(gòu)件的剛度和強(qiáng)度。此外，復(fù)合材料的密度很小，所以質(zhì)量相對較輕。將復(fù)合材料應(yīng)用于汽車制造中，可以在保持汽車強(qiáng)度和剛度的同時，有效地降低汽車車身的總質(zhì)量。此外，由于汽車新材料的多樣化組合，其研制也越來越廣泛，從不同方面提高了汽車的設(shè)計質(zhì)量，使得汽車的實用性和安全性得到提升。還有一些復(fù)合材料正在不斷研發(fā)中。通長采用的金屬車身結(jié)構(gòu)材料，長期使用后容易磨損。使得汽車性能下降，而采用復(fù)合結(jié)構(gòu)材料代替普通金屬結(jié)構(gòu)材料可以有效解決這一問題。

2.2 加強(qiáng)化工新材料產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合

新型汽車材料需要不斷的研發(fā)和創(chuàng)新。在上游原料樹脂生產(chǎn)等方面，要加強(qiáng)生產(chǎn)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)的合作。在產(chǎn)業(yè)鏈中下游，樹脂生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)與改性塑料生產(chǎn)企業(yè)和配套生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)合作，努力逐步形成從樹脂合成到加工改性和配套塑料助劑、成型設(shè)備、模具制造的綜合產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調(diào)發(fā)展。同時，上游樹脂生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)與汽車生產(chǎn)企業(yè)的聯(lián)系，共同研發(fā)，不斷創(chuàng)新，講材料生產(chǎn)技術(shù)不斷提高。 例如：有機(jī)玻璃制造公司應(yīng)加強(qiáng)與汽車公司的聯(lián)系，并逐步將塑膠模型納入楚格設(shè)計的設(shè)計階段，這只會促進(jìn)塑膠模型的應(yīng)用和推廣。材料生產(chǎn)企業(yè)可適當(dāng)兼并收購一些解決能力較強(qiáng)的改性塑料企業(yè)。 重組后的企業(yè)可以將產(chǎn)業(yè)鏈延伸至上游，支持上游合成樹脂項目的建設(shè)，并通過實質(zhì)性合作建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，促進(jìn)上游或下游之間的聯(lián)系。

2.3 新材料的回收再利用

隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，環(huán)保理念不斷深入各各行各業(yè)中。使用環(huán)保材料和開發(fā)新能源汽車已成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。目前，汽車制造中使用的材料有75% 是可回收的，但有25% 是難以回收的，比如塑料、橡膠和玻璃纖維。 為了解決這個問題，社會各個方面都投入了大量的精力進(jìn)行研究?？紤]到綜合成本和技術(shù)可行性，可行的回收方法包括熱解、化學(xué)回收、再磨、顆粒回收、燃料和能量回收。在發(fā)達(dá)國家，塑料等材料的回收利用技術(shù)已經(jīng)比較成熟，特別是在德國和日本，這是一個值得我們學(xué)習(xí)的重要課題。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型材料在汽車制造中會越來越多的應(yīng)用，這不僅會給消費(fèi)者帶來更好的駕駛與出行體驗，而且還更加的節(jié)能環(huán)保。相信在不遠(yuǎn)的將來，汽車制造技術(shù)會更加的先進(jìn)，更好地服務(wù)于人們的出行與社會的發(fā)展。