汽車電子結(jié)構(gòu)中發(fā)動機(jī)罩的應(yīng)用研究

莊月芹徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇徐州　221006

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汽車電子結(jié)構(gòu)中發(fā)動機(jī)罩的應(yīng)用研究

莊月芹
徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇徐州221006

摘要隨著近年來人們生產(chǎn)生活對汽車的需求數(shù)量快速增長和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的逐步落實(shí)，人們對能夠縮減汽車耗油量、減少汽車尾氣排放的新型輕質(zhì)材料在汽車中的實(shí)際應(yīng)用問題愈來愈關(guān)注，本文以汽車發(fā)動機(jī)罩為研究對象，選取高強(qiáng)鋼、鋁合金、鎂合金和復(fù)合材料四種新型輕質(zhì)材料，結(jié)合個人經(jīng)驗(yàn)對其在汽車發(fā)動機(jī)罩上應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，為確定我國新型輕質(zhì)材料在汽車發(fā)動機(jī)罩上的發(fā)展趨勢作出努力。

關(guān)鍵詞新型輕質(zhì)材料；汽車發(fā)動機(jī)罩；應(yīng)用

發(fā)動機(jī)罩通常由具有較強(qiáng)剛性和沖有各種窩穴的內(nèi)板，與整車形狀一致且抗凹痕性和防腐蝕性較突出的外板和局部加強(qiáng)板構(gòu)成，內(nèi)外板通過粘結(jié)、翻邊、滾焊等技術(shù)手段相結(jié)合，為提升裝配剛度，利用焊接或粘結(jié)手段將局部加強(qiáng)板固定于鉸鏈和門鎖處，以達(dá)到為發(fā)動機(jī)防塵、防水、防損，隔熱隔音的作用，將新型輕質(zhì)材料應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩可減輕其重量，提升其自身性能，所以具有重要意義。

1　高強(qiáng)鋼在汽車發(fā)動機(jī)罩上的應(yīng)用

上個世紀(jì)中后期汽車高強(qiáng)度鋼板開始得到開發(fā)和應(yīng)用，例如微合金鋼、含磷合金鋼等，目前應(yīng)用比較廣泛的是抗拉強(qiáng)度在1000至1200兆帕之間的超高強(qiáng)度鋼，將其應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩，不僅可以減輕汽車自身的重量，而且可以在原有的基礎(chǔ)上大幅度的縮減其耗油量，提升汽車構(gòu)件的強(qiáng)度，使其整體安全性得到增強(qiáng)，據(jù)相關(guān)材料顯示，高強(qiáng)鋼相比08A1鋼板，在強(qiáng)度相當(dāng)?shù)那闆r下，厚度可縮減10%以上，重量可降低20%至30%[1]。特別是雙相鋼其伸長率相比一般的高強(qiáng)度鋼板更優(yōu)越，例如含磷鋼，而且現(xiàn)階段其相關(guān)的焊接、斷裂、回火等特性都得到了較全面的開發(fā)，所以在汽車發(fā)動機(jī)罩上應(yīng)用具有可行性，例如福特汽車公司將其應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩上，使其在厚度上縮減了近1毫米，除此之外，德國大眾汽車AudiC5轎車發(fā)動機(jī)應(yīng)用了烘烤硬化鋼板、日本鈴木W(wǎng)agonR發(fā)動機(jī)罩應(yīng)用的高強(qiáng)度鋼抗拉強(qiáng)度達(dá)到340兆帕等，由此可見高強(qiáng)鋼在汽車發(fā)動機(jī)罩上的應(yīng)用具有較長的發(fā)展歷史，而且實(shí)踐證明效果較理想，所以可推廣應(yīng)用[2]。

2　鋁合金在汽車發(fā)動機(jī)罩上的應(yīng)用

汽車方面所應(yīng)用的鋁合金主要有鑄造鋁合金和變形鋁合金兩種，而應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩的鋁合金主要是變形鋁合金，即在沖壓、彎曲、軋、擠壓等工藝作用下，使組織、形狀發(fā)生變化的鋁合金，由于鋁自身具有密度低、塑性強(qiáng)、成型率高的特點(diǎn)，而且鋁合金制造的相關(guān)工藝近年來得到較大幅度的提升，所以變形鋁合金的制造可行性較大，現(xiàn)階段Al-Cu-Mg、Al-Mg、Al-Mg-Si、Al-Mg-Zn-Cu四個系列在汽車發(fā)動機(jī)罩上得到了較廣泛的應(yīng)用，其中Al-Cu-Mg系列主要用于對強(qiáng)度和剛性要求較高的外板，據(jù)有關(guān)資料顯示2017-T4鋁合金與低碳鋼板材料相比，密度縮減近5個點(diǎn)，彈性模量縮減近14個點(diǎn)，泊松比提升近0.03個點(diǎn)，屈服極限提升近130個點(diǎn)，由此可見其整體性能更適合應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩上[3]。除此之外，有關(guān)資料顯示，將鋁合金材料應(yīng)用于發(fā)動機(jī)罩其內(nèi)板和外板的質(zhì)量相比應(yīng)用低碳鋼材料分別縮減3.56kg和7.11kg，減重效果分別達(dá)到64.49% 和64.40%，效果非常突出，目前北美、歐洲國家和日本在發(fā)動機(jī)罩上都應(yīng)用了鋁合金，例如寶馬新7系列、沃爾沃、標(biāo)致雪鐵龍、福特等汽車企業(yè)都在研發(fā)或制造鋁合金發(fā)動機(jī)罩，但現(xiàn)階段鋁合金加工、成型、焊接等方面仍存在較大的困難，特別是成本問題仍存在，所以現(xiàn)階段將鋁合金應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩，并全面推廣應(yīng)用的難度較大，需要不斷的完善和加大相關(guān)的研究力度。

3　鎂合金在汽車發(fā)動機(jī)罩上的應(yīng)用

由于鎂自身的比強(qiáng)度和比彈性模量較大，而且剛性、抗電磁干擾性、阻尼性能、抗震沖擊性能、切削加工性能、尺寸穩(wěn)定性能都較優(yōu)越，在地表儲存量豐富，所以將其應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩不僅可以縮減其整體重量，使其燃油率在原有的程度上提升，而且發(fā)動機(jī)罩的抗撞擊性能也能更加理想，據(jù)資料顯示，鎂合金應(yīng)用于發(fā)動機(jī)罩其重量相對于鋼降低近一半，相對于鋁合金降低近20%，現(xiàn)階段大眾3L Lopo發(fā)動機(jī)應(yīng)用鎂合金，但受到現(xiàn)階段對鎂金屬特性的相關(guān)研究仍存在不足，鎂合金應(yīng)用于發(fā)動機(jī)罩上仍存在較突出的易腐蝕性問題，而且缺少足夠的性能數(shù)據(jù)作支撐，缺少充足的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)等，導(dǎo)致現(xiàn)階段鎂合金并不能全面的應(yīng)用于發(fā)動機(jī)罩方面，仍需要未來不斷的科學(xué)探索和嘗試，但不可否認(rèn)的是將鎂合金應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩具有一定的可行性和優(yōu)越性[4]。

4　復(fù)合材料在汽車發(fā)動機(jī)罩上的應(yīng)用

復(fù)合材料作為增強(qiáng)纖維和塑料復(fù)合而成的材料，又被稱之為纖維增強(qiáng)型塑料，現(xiàn)階段應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩上的復(fù)合材料主要是應(yīng)用乙烯基酯樹脂的不飽和聚酯團(tuán)狀模塑料和片狀模塑料兩種，由于乙烯基酯樹脂自身具有較理想的強(qiáng)度和韌性，而且對腐蝕和高溫都有較強(qiáng)的抵御能力，所以非常適合于汽車發(fā)動機(jī)罩的應(yīng)用，特別是近年來復(fù)合材料制作所需要的手糊、噴射、真空滲透、樹脂傳遞模塑成型等工藝不斷升級，更是為復(fù)合材料在汽車發(fā)動機(jī)罩上應(yīng)用創(chuàng)造了可能，目前，林肯汽車、福特轎車HN117和190重型載貨車，以及歐洲的GTV賽車、Spider等都使用片狀模塑料制成的發(fā)動機(jī)罩，而Volov Cabrio C70汽車則應(yīng)用不飽和聚酯團(tuán)狀模塑料制成的汽車發(fā)動機(jī)罩，由此可見，現(xiàn)階段較大范圍的將復(fù)合材料應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩具有一定的可行性，其推廣空間和潛在價值巨大；另外現(xiàn)階段將復(fù)合材料應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩可以對行人起到一定的保護(hù)作用，因?yàn)楝F(xiàn)階段針對復(fù)合材料發(fā)動機(jī)罩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，在靜態(tài)和動態(tài)性能仿真分析的基礎(chǔ)上，使其既可以達(dá)到發(fā)動機(jī)罩靜態(tài)性能指標(biāo)，又能夠負(fù)荷動態(tài)行人保護(hù)頭部碰撞的基本要求，為克服動靜態(tài)的性能要求同時達(dá)到存在的難度，結(jié)構(gòu)調(diào)整和仿真計(jì)算需要多次重復(fù)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料發(fā)動機(jī)罩靜力學(xué)和動力學(xué)性能的基本要求，進(jìn)而推動發(fā)動機(jī)罩部件的輕量化發(fā)展并提高整車的動力性能。

發(fā)動機(jī)是汽車電子結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其性能的安全性和穩(wěn)定性很大程度上受發(fā)動機(jī)罩的影響，所以直接影響發(fā)動機(jī)罩性能的應(yīng)用材料的選擇必須引起足夠的重視，這是汽車電子優(yōu)化和持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

5　結(jié)論

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，在汽車發(fā)動機(jī)罩方面應(yīng)用新型輕質(zhì)材料是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略深入發(fā)展過程中的必然要求，而且隨著汽車輕量化標(biāo)準(zhǔn)的逐漸提升和汽車產(chǎn)品數(shù)量的不斷增長，將會有更加具有優(yōu)越性的新型輕質(zhì)材料應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)罩上，所以應(yīng)以發(fā)展的視角看待新型輕質(zhì)材料在汽車發(fā)動機(jī)罩上的應(yīng)用問題。

參考文獻(xiàn)

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[3]王進(jìn)京．輕質(zhì)材料汽車車身生命周期環(huán)境影響評價及敏感性分析[D]．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2012．

[4]敖炳秋．輕量化汽車材料技術(shù)的最新動態(tài)[J]．汽車工藝與材料，2002（Z1）：1-21，105．

中圖分類號U464

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1674-6708（2016）155-0120-02