材料及成型工藝對(duì)汽車(chē)車(chē)身輕量化的影響分析

石攀 李岳 馬歡歡 張勝?gòu)?qiáng)

摘 要 全世界汽車(chē)工業(yè)界已經(jīng)清楚地認(rèn)識(shí)到，節(jié)省資源和減少對(duì)環(huán)境的污染是汽車(chē)可持續(xù)發(fā)展迫切需要解決的兩大問(wèn)題，要使汽車(chē)更節(jié)能、更環(huán)保，目前各大汽車(chē)公司主要通過(guò)使用更加輕量化的材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，以及使用更加先進(jìn)的零件加工成型工藝來(lái)降低汽車(chē)的重量。

關(guān)鍵詞 輕量材料;重量;成型工藝

1汽車(chē)車(chē)身用輕質(zhì)材料

由于各種輕質(zhì)材料不斷的推廣，高強(qiáng)度鋼及復(fù)合材料使用比例也不斷得到增加，鋁合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼、鈦合金等輕質(zhì)材料越來(lái)越多的應(yīng)用于汽車(chē)。汽車(chē)零部件一般的選材原則是具有良好的使用性，能夠在使用過(guò)程中具有良好的工作性能;經(jīng)濟(jì)性，能使產(chǎn)品具有較低的成本[1]。

2材料對(duì)車(chē)身輕量化的影響

2.1 高強(qiáng)度鋼

目前汽車(chē)車(chē)身主要用材仍然是鋼材，超高強(qiáng)度鋼UHSS比普通鋼材具有性能優(yōu)越，能夠保證大零件的剛性強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度高于550MPa，而HSS高強(qiáng)度鋼的屈服強(qiáng)度只有210～500MPa。高強(qiáng)度鋼在輕量化設(shè)計(jì)上可以使用在車(chē)身上，能提高車(chē)身抗扭抗彎能力，車(chē)身結(jié)構(gòu)重量降低40%，還可以使用在無(wú)框車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)上，超高強(qiáng)鋼車(chē)門(mén)桿件，能夠減重30%。同時(shí)應(yīng)用變截面技術(shù)，不但對(duì)車(chē)輛的輕量化有極大提高，還對(duì)車(chē)身本身承載適應(yīng)性有顯著提高。該主要成型工藝是，在軋制過(guò)程中，軋輥的間距可以隨時(shí)調(diào)整變化，從而使軋制出的薄板沿軋制方向上具有預(yù)定定制的變截面形狀。還可以采用激光焊接技術(shù)將不同厚度，不同表面鍍層，甚至不同原材料的金屬薄板焊接在一起，然后再進(jìn)行沖壓。另外空心變截面鋼管技術(shù)也是非常成熟，與傳統(tǒng)矩形截面相比具有同樣的抗拉壓和突出抗扭力學(xué)性能。

2.2 鋁合金

鋁合金具有密度低、強(qiáng)度高，吸能好的特點(diǎn)，同時(shí)還具有很好的擠壓性，可以得到復(fù)雜的截面構(gòu)件，然后通過(guò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛度的補(bǔ)償。同時(shí)鋁合金密度低，只有鋼材的1/3，質(zhì)量能夠大幅度降低，且鋁合金柔性的強(qiáng)度設(shè)計(jì)不低于鑄鐵，鑄造性能好，熔化溫度低，容易形成復(fù)雜的形狀，切削性能是鑄鐵的4～5倍。主要的成型工藝：鑄造，采用鑄造澆筑或壓鑄成零件或者毛坯，如汽車(chē)的離合器殼體、變送箱殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、保險(xiǎn)杠、制定鉗等零部件;熱擠壓成型，通過(guò)加熱擠壓加工成各種型材、板材、管材等，如汽車(chē)保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車(chē)門(mén)、行李箱燈車(chē)身面板。

2.3 鎂合金

鎂合金同樣具有密度低質(zhì)量輕的特點(diǎn)，同等體積下只有鋼材的1/5的重量;強(qiáng)度為鋁合金的1.8倍;穩(wěn)定性好，工件尺寸精度高;切削性能好，容易加工成型;鑄造成型好，生產(chǎn)效率高。鑄造鎂合金多用于壓鑄工藝生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高、精度好、鑄件表面質(zhì)量好。鑄態(tài)組織優(yōu)良、可生產(chǎn)薄壁及形狀復(fù)雜的構(gòu)件。變形鎂合金可用擠壓、軋制、鍛造和沖壓塑性成型工藝加工，具有強(qiáng)度高，成型樣式規(guī)格多的特點(diǎn)[2]。

3成型工藝對(duì)車(chē)身輕量化影響

3.1 鋼結(jié)構(gòu)成型工藝

激光拼接焊接，拼焊板整體側(cè)圍成型與原分塊沖壓成型相關(guān)比較分析，分體式結(jié)構(gòu)材料利用率為65%，一體化結(jié)構(gòu)材料利用率為40%;分體式結(jié)構(gòu)車(chē)身精度不良，一體式結(jié)構(gòu)車(chē)身精度好。激光拼焊可以減少零件數(shù)量以及結(jié)構(gòu)件的重量，還可以提高結(jié)構(gòu)件成型質(zhì)量與可靠性，其大規(guī)模應(yīng)用在汽車(chē)車(chē)身發(fā)動(dòng)機(jī)支架、車(chē)頂加強(qiáng)板、減震器支架、前后車(chē)門(mén)內(nèi)板等。

液壓成型，液壓成型采用液體的水、介質(zhì)傳力介質(zhì)，代替剛性的凹?；蛲鼓?，使坯料在傳力介質(zhì)在壓力作用下貼合凸模或凹模成型。液壓成型工藝可以克服板材與管材常規(guī)條件下的工藝缺陷，具有成本低、形狀尺寸精度高的優(yōu)點(diǎn)，特別是需要一道工序完成復(fù)雜形狀的零件成型。車(chē)身結(jié)構(gòu)中的液壓成型應(yīng)用具有較多種類(lèi)，周邊徑向加壓充液拉伸成型，充液拉延與翻邊復(fù)合拉延成型，充液變薄拉延、反向預(yù)脹形充液拉延等。

黏性介質(zhì)壓力成型

3.2 合金結(jié)構(gòu)件成型工藝

合金的成型工藝種類(lèi)較多，汽車(chē)車(chē)身輕量化成型工藝主要是擠壓成型、壓鑄成型、電磁成型等。擠壓成型中分為熱擠壓和冷擠壓，熱擠壓有利于金屬塑性變形，可獲得擠壓效應(yīng);冷擠壓能夠減少切削加工，提高零件的力學(xué)性能并節(jié)省材料。壓鑄成型分為流變鑄造和觸變鑄造，流變鑄造在液體金屬的凝固過(guò)程中進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌得到固液混合漿料;觸變鑄造在螺旋壓射成型中，是金屬顆粒變成漿料后壓鑄成型。電磁成型時(shí)利用瞬間的高壓脈沖磁場(chǎng)迫使金屬產(chǎn)生塑性變形，需要整套充、放電設(shè)備，具有成型速度快、效率高的優(yōu)勢(shì)[3]。

4結(jié)束語(yǔ)

本文綜述了汽車(chē)輕量化材料的選型、相關(guān)制造的成型工藝，汽車(chē)輕量化材料在現(xiàn)代汽車(chē)上應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其中的高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、復(fù)合材料的選用，再結(jié)合相關(guān)先進(jìn)的制造成型工藝，不僅減輕了汽車(chē)車(chē)身的重量，同時(shí)還更好的加強(qiáng)了對(duì)應(yīng)的車(chē)身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1] 李桂華，熊飛，龍江啟.車(chē)身材料輕量化及其新技術(shù)的應(yīng)用[J].材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2009，24（2）：87-93.

[2] 杜繼濤，甘屹，齊從謙，等.TRB及其軋制應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)[J].汽車(chē)技術(shù)，2007（7）：45-48.

[3] 齊從謙.變截面薄板在汽車(chē)中的應(yīng)用[J].汽車(chē)與配件，2006（47）：38-39.