汽車結(jié)構(gòu)輕量化關(guān)鍵技術(shù)及工藝研究

汽車輕量化研究已經(jīng)成為一個(gè)重要的課題，汽車輕量化能夠顯著的提升汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，符合我國(guó)當(dāng)前節(jié)能減排的政策。為了實(shí)現(xiàn)汽車在保證安全性能的前提下的結(jié)構(gòu)輕量化，本文針對(duì)汽車的底盤、內(nèi)飾、車身等關(guān)鍵部位進(jìn)行輕量化研究，針對(duì)汽車底盤的部件可以采用鋁合金材料或者高強(qiáng)度鋼材料進(jìn)行代替，內(nèi)飾使用樹脂復(fù)合板、鎂合金材料制作可提高汽車的減震性和減輕汽車重量，工藝主要采用樹脂傳遞模塑成型工藝、薄壁注塑工藝。車身使用目前最為流行的碳纖維可以極大的減低車身重量，其工藝可通過預(yù)浸料模壓成型法制得。

一、引言

汽車經(jīng)過300多年的發(fā)展，已經(jīng)是民用產(chǎn)品最高技術(shù)水平代表，目前在我國(guó)的汽車保有量逐年增高，給人民的出行帶來極大的便利，但是也帶來了環(huán)境污染的問題。一方面，汽油屬于不可再生資源，車身較重會(huì)導(dǎo)致汽車燃油量過高，不利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。另一方面，汽車的燃油量越高，其污染物排放量會(huì)相應(yīng)增大，導(dǎo)致環(huán)境污染。有研究表示，當(dāng)汽車的車身重量每降低百分之十，油耗最高可降低百分之十五，由此可見汽車輕量化研究對(duì)提高燃油經(jīng)濟(jì)性的重要性，另外，汽車輕量化后從另一角度來看代表著提高了汽車的動(dòng)力性能，使用戶有更佳的駕駛體驗(yàn)。

二、汽車底盤輕量化方技術(shù)研究

在目前的家用轎車中，底盤的重量大約占據(jù)了汽車總重量的三分之一，對(duì)于貨車而言，底盤重量比重更高，因此可以將汽車底盤作為輕量化研究對(duì)象。汽車底盤涉及到的零件眾多，其承載了整個(gè)車身、發(fā)動(dòng)機(jī)，并且承擔(dān)著動(dòng)力的傳遞，發(fā)揮著重要的作用，底盤零件具有很高的強(qiáng)度及加工精度，在進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)前，最重要是需要保證輕量化設(shè)計(jì)后不改變汽車底盤的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及安全性。針對(duì)底盤的輕量化，可以從底盤零件的結(jié)構(gòu)、材料以及工藝方面入手，在結(jié)構(gòu)方面，可以將部分零件的尺寸進(jìn)行一定改進(jìn)，或者是將零件做成空心件;在材料方面，可以選用新型的合金材料、高強(qiáng)度符合材料進(jìn)行替換。在工藝方面，可以使用熱成型、液壓成型的方法完成零件的制造。

汽車底盤的具有重要的作用，主要用來固定發(fā)動(dòng)機(jī)和連接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等作用，具有強(qiáng)度大、剛度大的特點(diǎn)，目前，對(duì)于家用小轎車底盤大多數(shù)是采用沖壓焊接的方式進(jìn)行的，輕量化的方法是采用高強(qiáng)度的合金鋼進(jìn)行替換，能夠減少零件的數(shù)量、厚度，從而實(shí)現(xiàn)底盤的輕量化，高強(qiáng)度合金鋼一般是采用低碳鋼或者是其它新興的合金鋼經(jīng)過液壓成型制造的，液壓成型技術(shù)有利于控制鋼板的厚度，大大減少了制造工序，加快加工時(shí)間，在合金鋼當(dāng)中，高檔小車的副車架一般采用鋁合金材質(zhì)制作而成，大約可以降低副車架重量的40%，并且鋁合金具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，其主要的工藝首先是對(duì)合金的成分、添加量進(jìn)行控制，之后再熔煉爐中進(jìn)行熔煉，進(jìn)一步處理后進(jìn)行鑄造，最后機(jī)加工便可完成。

三、汽車內(nèi)飾輕量化技術(shù)研究

汽車內(nèi)飾能夠提高車輛的舒適性、防火性，在一定程度上保證了人員的安全，但在很多車輛中，內(nèi)飾使用材料比較低端，增加了汽車重量，因此需對(duì)汽車內(nèi)飾進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。內(nèi)飾輕量化設(shè)計(jì)主要方法是進(jìn)行材料的替換，針對(duì)汽車內(nèi)飾中覆蓋件，可以采用玻璃纖維復(fù)合材料進(jìn)行替換，復(fù)合材料擁有塑料件質(zhì)量輕的特點(diǎn)，同時(shí)復(fù)合材料是由三層復(fù)合而成，相對(duì)于塑料件具有更好的減震性能，降低車內(nèi)的噪音;針對(duì)汽車座椅固定件可以采用鎂合金或者是鋁合金進(jìn)行制造，能都減少車身的重量，鎂合金具有很強(qiáng)的抗沖擊能力，在發(fā)生交通事故時(shí)能夠有效保護(hù)駕駛員和乘客，經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的鋼板制作而成的座椅達(dá)到了9.8千克，當(dāng)材料更換成鎂合金時(shí)，重量減少了4千克，可以看出，鎂合金能有效降低座椅重量;對(duì)于儀表盤可以采用樹脂材料，相對(duì)于塑料具有更好的耐熱性和減震性，同時(shí)有效降低車輛的重量。

內(nèi)飾輕量化主要使用到的工藝有樹脂傳遞模塑成型工藝、薄壁注塑工藝，樹脂傳遞模塑成型工藝主要用于復(fù)合材料的制作，制作出的板材可以達(dá)到雙面光的特點(diǎn)，工序簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，并且節(jié)省原材料，采用樹脂壓鑄機(jī)將樹脂材料噴射至模具當(dāng)中，模具一般為玻璃鋼模具，為了增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能可以將玻璃鋼表面鍍一層金屬。夾層中間為填充的材料為玻璃纖維，達(dá)到減低內(nèi)飾重量的目的;針對(duì)內(nèi)飾的塑料件可以采用薄壁注塑工藝進(jìn)行住宿成型，將碎料原材料融化后，注塑至薄壁模具當(dāng)中，薄壁注塑工藝最重要的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)塑料件的厚度變薄，減少了原材料的使用，降低了塑料件的重量，在進(jìn)行制作時(shí)，需先設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的模具，來精確的控制塑料件的厚度;鎂合金的工藝類似于鋁合金的工藝，目前來說其工藝相對(duì)比較成熟，可直接購(gòu)買鎂合金板材進(jìn)行加工。對(duì)于這兩種工藝，在實(shí)際加工過程中，應(yīng)根據(jù)車輛的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)模具，來完成定制化生產(chǎn)。

四、汽車車身、覆蓋件輕量化技術(shù)研究

目前在高端車輛上的車身一般采用碳纖維材料，碳纖維材料是一種高強(qiáng)度的復(fù)合板，其具有較小的密度，它的比重相對(duì)于鋼材來說，只有剛的四分之一，所以常被應(yīng)用于車身材料，能夠減少車身重量，另外碳纖維具有很強(qiáng)的耐高溫、耐腐蝕性能，因此也用作車身覆蓋件材料，例如引擎蓋板、尾翼、車門、車把手等都可以采用碳纖維材料制作。寶馬公司對(duì)碳纖維材料的使用較為成熟，在打造的一款電動(dòng)汽車上全部使用碳纖維材料，使得車身的重量?jī)H為112.2千克，可以看出碳纖維材料能夠極大的降低汽車的重量。

在汽車碳纖維應(yīng)用上，可以使用預(yù)浸料模壓成型，因?yàn)槠嚨能嚿砀采w件具有非常復(fù)雜的曲面參數(shù)，尺寸精度要求較高，在此工藝中，碳纖維復(fù)合材料的基體可以為雙馬樹脂或者是其他樹脂，一般使用型號(hào)為5208的環(huán)氧樹脂作為基體材料，增強(qiáng)材料可以選用為T300的 碳纖維，這種材料力學(xué)性能更佳，并且生產(chǎn)穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)工廠化批量生產(chǎn)。采用預(yù)浸料模壓成型能夠?qū)崿F(xiàn)零件的一體化成形，成型率高，可以用做汽車碳纖維覆蓋件的加工工藝，主要的流程為將復(fù)合材料的機(jī)體及新興預(yù)浸，并通過濕法將原料加工成半成品，之后將材料通過模壓成型，經(jīng)歷固化階段后，進(jìn)行脫模，完成碳纖維的制作。

五、總結(jié)

汽車結(jié)構(gòu)輕量化能夠降低車輛的總體質(zhì)量，從而提升了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性能。為了實(shí)現(xiàn)汽車結(jié)構(gòu)輕量化，本文從汽車的底盤、內(nèi)飾、車身、車身覆蓋件進(jìn)行了研究，分析了汽車底盤的結(jié)構(gòu)、材料，提出使用鋁合金或者高強(qiáng)度鋼替換底盤零部件來降低汽車底盤重量的方法，對(duì)于汽車內(nèi)飾材料應(yīng)大量使用樹脂材料，樹脂材料相對(duì)塑料具有更好的力學(xué)性能，可采用樹脂傳遞模塑成型工藝制備，塑料件可采用薄壁注塑工藝制備，對(duì)于汽車車身及其覆蓋件，碳纖維成本很高，應(yīng)根據(jù)車輛的定位、品牌價(jià)值合理使用。

作者簡(jiǎn)介：

侯磊（1999.9）男，漢 ，四川省南充市，學(xué)歷：專科，研究方向：汽車車身結(jié)構(gòu)，汽車車身輕量化技術(shù).

（成都工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ?四川 成都 ?610218）