新能源汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化輕量化關(guān)鍵工藝分析

張鵬 劉穎

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)汽車行業(yè)發(fā)展。汽車作為人們出行常用交通工具，在給人們生活帶來方便快捷同時(shí)，其油耗排放問題也引起了人們高度重視。隨著車輛數(shù)量逐漸增多，空氣污染愈加嚴(yán)重。為減少汽車尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染，降低汽車能耗，使得新能源汽車向輕量化方向發(fā)展。基于此，文章以新能源汽車機(jī)構(gòu)優(yōu)化輕量化為重點(diǎn)，對(duì)輕量化關(guān)鍵工藝進(jìn)行分析研究，實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;結(jié)構(gòu);輕量化;關(guān)鍵工藝

Abstract： With the rapid development of social economy， further promote the development of automobile industry. As a common means of transportation for people to travel， automobile brings convenience and efficiency to people's life. At the same time， people attach great importance to the problem of fuel consumption and emission. With the increasing number of vehicles， air pollution is becoming more and more serious. In order to reduce the environmental pollution caused by automobile exhaust and reduce the energy consumption of automobile， the new energy vehicle is developing towards lightweight. Based on this， this paper focuses on the optimization and lightweight of new energy vehicle institutions， analyzes the key technologies of lightweight， and realizes the energy saving and emission reduction of vehicles.

前言

傳統(tǒng)汽車尾氣排放量大、能源消耗大，嚴(yán)重污染了自然環(huán)境。因此，在汽車行業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，傳統(tǒng)汽車向新能源汽車發(fā)展是必然趨勢(shì)。由于新能源汽車排放量較少、能源消耗少，所以被廣泛應(yīng)用在汽車生產(chǎn)制造中。隨著人們生活水平不斷提高，汽車已經(jīng)成為代步的重要交通工具[1]。雖然汽車給人們生活帶來諸多便利，但是在使用汽車過程中產(chǎn)生的能源消耗也在不斷增加。為最大程度實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，不斷優(yōu)化新能源汽車結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)汽車輕量化。

1 新能源汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化輕量化應(yīng)用

新能源汽車具有消耗低、排放量少等優(yōu)點(diǎn)，因此成為汽車行業(yè)研究重點(diǎn)。在《節(jié)能與新能源技術(shù)路線圖》中明確指出，新能源汽車是汽車行業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)指出汽車輕量化關(guān)鍵工藝在新能源汽車發(fā)展中的重要地位。

1.1 高強(qiáng)度鋼應(yīng)用

高強(qiáng)度鋼根據(jù)鋼屈服強(qiáng)度不同，分為普通鋼強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼。在新能源汽車建造過程中，根據(jù)車身部位不同選擇合適的高強(qiáng)度鋼，提升高強(qiáng)度鋼應(yīng)用比例。這不僅能降低車身使用零件個(gè)數(shù)，還能降低車車身自量。其主要原因是因?yàn)楦邚?qiáng)度鋼具有減薄鋼板作用，從而減輕車身質(zhì)量[2]。雖然減輕了汽車質(zhì)量，但是并未降低車輛行使安全性。由此可見，在新能源汽車建造中應(yīng)用高強(qiáng)度鋼是最佳材料。

1.2 鋁合金應(yīng)用

鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的有色金屬結(jié)構(gòu)材料。其具有密度低、強(qiáng)度高、塑造性好、良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，在工業(yè)使用中僅次于鋼。鋁合金按加工方法不同分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金能承受較大壓力，主要用于制造汽車零部件、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)散熱器、壓縮機(jī)機(jī)件等;鑄造鋁合金主要用于重力鑄造件、低壓鑄造件、特種鑄造件。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，特斯拉、馬自達(dá)等汽車已實(shí)現(xiàn)鋁合金全身覆蓋，并采用特殊工藝完成鋁合金與其他構(gòu)間的連接，其他車輛白車身也逐漸應(yīng)用鋁合金材料，其中包括頂蓋橫梁、活塞、離合器殼、車輪等[3]。由此可見，在汽車行業(yè)發(fā)展中，將應(yīng)用到越來越多的鋁合金材料，且鋁合金材料也是汽車輕量化重要使用材料之一。

1.3 熱塑性材料和復(fù)合材料應(yīng)用

熱塑性材料是指具有加熱軟化、冷卻硬化作用，主要用于制造汽車排氣管。目前，很多大型汽車放置行李箱門也多采用熱塑性材料。熱塑性材料相較于其他材料，具有操作工藝簡(jiǎn)單、成本低、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。復(fù)合材料是指在生產(chǎn)制造汽車時(shí)，使用多種材料[4]。在汽車制造中，根據(jù)不同部位性能，使用多種材料。在復(fù)合材料中碳纖維復(fù)合具有較好物理特性：質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐熱性好、易操作等特點(diǎn)，已經(jīng)成為較為理想的汽車建造材料。據(jù)研究顯示，制造汽車過程中應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料，至少減輕車身整體質(zhì)量的40%-60%。且汽車使用零部件應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料，至少減輕鋼材料零件的50%左右。但是由于碳纖維復(fù)合材料是一種高性能新型材料，材料原料較貴、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，相較于其他材料而言價(jià)格相對(duì)較貴，所以應(yīng)用有限。隨著碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)工藝發(fā)展，生產(chǎn)的材料數(shù)量逐漸增多，價(jià)格也隨著下降。在我國汽車制造業(yè)碳纖維復(fù)合材料制造工藝逐漸成熟進(jìn)程中，在汽車制造中應(yīng)用較多碳纖維復(fù)合材料。

1.4 新能源阻燃材料

新能源阻燃材料具有絕緣、加工簡(jiǎn)單、質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)，是汽車輕量化首選材料。動(dòng)力電池外殼采用采用塑包鋁方式，即玻纖阻燃尼龍與鋁嵌注方式結(jié)合[5]。采用這種阻燃材料，可以減小制件壁厚，減輕殼體重量，且散熱效果良好。在制作過程中，可一次注塑成型，沖擊性能好，達(dá)到V-0級(jí)別阻燃。

2 新能源汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化輕量化存在問題

2.1 汽車制造復(fù)雜

新能源汽車制造零件、車身、發(fā)動(dòng)機(jī)等需要多種材料。但是汽車的各項(xiàng)零件性能隨著食用年限增加，會(huì)出現(xiàn)損耗，導(dǎo)致汽車不能充分發(fā)揮各項(xiàng)性能，進(jìn)而影響汽車正常行駛。但是在我國，并未對(duì)零件性能做明確規(guī)定。當(dāng)零件運(yùn)行受阻時(shí)，汽車耗能將增大，無法實(shí)現(xiàn)新能源汽車低耗能目標(biāo)。

2.2 輕量化材料應(yīng)用

隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，在汽車制造業(yè)中輕量化材料應(yīng)用較廣。盡管在汽車發(fā)展進(jìn)程中，明確指出輕量化材料在實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要性，但是由于我國使用輕量化材料技術(shù)尚不成熟，還處在實(shí)制階段。其主要原因是，還未對(duì)所有輕量化材料進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，不明確哪種材料最適合生產(chǎn)汽車哪個(gè)部件。并且我國并沒有出臺(tái)關(guān)于輕量化材料使用標(biāo)準(zhǔn)，所以在汽車制造過程中使用的輕量化材料還處在摸索階段[6]。

2.3 沒有汽車輕量化標(biāo)準(zhǔn)體系

雖然有相關(guān)文件指出汽車輕量化是汽車行業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)，但是由于沒有完整的汽車輕量化標(biāo)準(zhǔn)體系，導(dǎo)致汽車輕量化發(fā)展的實(shí)現(xiàn)受到阻礙。我國應(yīng)積極響應(yīng)汽車輕量化發(fā)展，根據(jù)汽車行業(yè)發(fā)展制定標(biāo)準(zhǔn)體系，促進(jìn)汽車輕量化發(fā)展，提升汽車安全、舒適性能。

2.4 使用輕量化材料較少

目前，在汽車制造行業(yè)中，鋼強(qiáng)度鋼和低碳鋼是汽車制造主要使用材料。由此可見，在汽車制造中使用輕量化材料較少。這將阻礙汽車輕量化發(fā)展，不利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

2.5 汽車設(shè)計(jì)方式

現(xiàn)階段，在汽車設(shè)計(jì)階段，大部分汽車還是采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。并未引進(jìn)先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，導(dǎo)致輕量化材料無法真正應(yīng)用到汽車實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)而阻礙汽車輕量化發(fā)展。

3 新能源汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化輕量化關(guān)鍵工藝

3.1 內(nèi)高壓成型工藝

內(nèi)高壓成型技術(shù)是一種以管材為原料，以油液為傳壓介質(zhì)的先進(jìn)制造手段。此工藝主要是對(duì)管材施加超高壓同時(shí)，對(duì)管孔處施加軸向推力進(jìn)行補(bǔ)料。在外力作用下，讓管材發(fā)生塑形變形，最終與模腔內(nèi)壁貼合，使管材成為三維形狀零件。內(nèi)高壓成型工藝主要包括三個(gè)階段：①填充階段。將管材放入模腔并合模，將兩端在沖水情況下水平推入，形成密封。再使用預(yù)充液體將管材內(nèi)部空氣排出。②成型階段。在給管材內(nèi)部施加高壓同時(shí)，讓材料通過送料區(qū)進(jìn)行推進(jìn)補(bǔ)料。在壓力和補(bǔ)料作用下使管材形成基本模具形狀。如果設(shè)計(jì)的模具類型較為復(fù)雜，部分角度無法形成模具。③整形階段。通過施加壓力，讓無法形成模具的角度完全貼合模腔，完成成型。內(nèi)高壓成型工藝相較于傳統(tǒng)工藝而言，不僅能減輕零件質(zhì)量，還能提高資源利用，避免材料浪費(fèi)。在新能源汽車制造生產(chǎn)中常用于制造指導(dǎo)儀表板管梁、電池托架等。

3.2 熱壓成型工藝

熱壓成型工藝是最為常見的加工方法，主要是在加熱后的模具上，注入材料，在壓力作用下將材料固定在模具上，待材料成型后取出模型成品[7]。熱壓成型工藝包括三個(gè)階段：①將材料放入加熱好的模板中。②上模與下模向材料模板施加高壓，在此過程中產(chǎn)生的氣體通過通氣管排出。③待成型模板冷卻后，進(jìn)行剪切成，形成最終成品。熱壓成型工藝相較于傳統(tǒng)工藝而言，不僅能提升零件強(qiáng)度，還能提升減薄零件厚度，從而減少零件使用數(shù)量，減輕汽車質(zhì)量。在新能源汽車制造生產(chǎn)中常用制造地板、車門防撞梁、前防撞梁等。

3.3 輥壓成型工藝

輥壓成型工藝是指材料隨著輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)，材料在輥輪碾壓下成型。輥壓成型工藝。主要包括三個(gè)階段：①材料通過引料、送料機(jī)送到剪切對(duì)焊裝置對(duì)材料進(jìn)行處理。②使用壓機(jī)、成型機(jī)進(jìn)行輥壓成型定型。③對(duì)定型后的模具進(jìn)行沖孔、切邊、壓型等處理。在新能源汽車制造生產(chǎn)中常用制造門檻梁、車門窗框、防撞梁等。

4 新能源汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

實(shí)現(xiàn)新能源汽車輕量化主要有三個(gè)途徑：使用材料、生產(chǎn)工藝和優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)。通常情況下優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)，可通過減少材料和車重實(shí)現(xiàn)安全和性能要求。通過優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)汽車輕量化是目前最為有效的途徑。其中減少汽車車身、減少車架重量是減少汽車總重量的主要途徑。此外，優(yōu)化新能源汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還從逆變器小型化、驅(qū)動(dòng)電機(jī)小型化等方面進(jìn)行考慮。逆變器小型化通過縮減體積大小，減少能量損害，從而減少發(fā)熱損失。驅(qū)動(dòng)電機(jī)小型化通過縮短線圈、降低線圈材料使用等方式，提高線圈利用率。

5 結(jié)語

綜上所述，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，汽車已經(jīng)成為人們生活中必不可少的出行工具。隨著汽車數(shù)量逐漸增多，對(duì)環(huán)境造成的惡劣影響，讓人們不得不重視環(huán)境保護(hù)意識(shí)。因此在汽車行業(yè)發(fā)展中，汽車輕量化已成為未來發(fā)展趨勢(shì)，只有不斷完善輕量化體系、提升對(duì)輕量化材料認(rèn)知，才能推進(jìn)汽車輕量化發(fā)展。

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