汽車輕量化材料及制造工藝分析

趙雨

摘要：近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對于汽車也提出來更高的要求。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計汽車的過程中更加注重汽車的安全性能、環(huán)保性能、人工智能等。汽車輕量化能夠有效改善汽車的性能，為汽車的安全運行提供保障。汽車輕量化已經(jīng)成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢，在設(shè)計和制造汽車的過程中，選擇輕量化的材料和工藝能夠有效提高汽車的使用性能，而且還能夠有效緩解道路運行的壓力。本文從汽車輕量化研究和分析入手，對于汽車輕量化的材料進(jìn)行簡單的介紹，分析汽車輕量化材料及制造工藝。

關(guān)鍵詞：汽車;輕量化材料;制造工藝;分析

中圖分類號：U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0044-02

0? 引言

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的提高，為我國汽車行業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)支持。隨著生活水平的提高，對于物質(zhì)和精神上的享受有了更高的要求。汽車也慢慢普及，成為人們的重要的交通工具，給人們的生活提供了一定的便捷，在人們?nèi)粘Ｉ钪杏袠O其重要的價值。但是隨著我國汽車的逐漸普及，也產(chǎn)生了一些不利影響，比如石油能源消耗問題、報廢汽車處理問題等，對人們的生活環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。因此對于汽車設(shè)計與制造的創(chuàng)新是解決這些問題的有效途徑，尤其是汽車輕量化研究進(jìn)入人們的視野，這不僅有利于降低環(huán)境污染，而且還能夠提升汽車的安全環(huán)保性能等，為未來汽車發(fā)展提供了明確的方向。因此對于汽車輕量化材料及制造工藝進(jìn)行分析是很有必要的。

1? 汽車輕量化研究和分析

1.1 汽車輕量化研究

汽車輕量化研究是目前汽車行業(yè)領(lǐng)域研究的重要課題，所謂的汽車輕量化并不是單純地簡化汽車車型。首先，在輕量化設(shè)計的過程中，確保的汽車性能不會發(fā)生相應(yīng)的損害，從而科學(xué)、有效地降低汽車的重量。其次確保汽車制造成本降低或者不變，避免由于增加汽車制造的成本，導(dǎo)致汽車售價增加，降低了汽車的銷售量。

汽車輕量化技術(shù)是一種全新的技術(shù)，主要有以下兩部分組成：一是汽車結(jié)構(gòu)的設(shè)計;二是輕量化材料的合理使用。這種技術(shù)不僅關(guān)注汽車的外形，更重要的是提高了對汽車性能的重視程度。目前，汽車結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計主要采用前輪驅(qū)動、高剛性結(jié)構(gòu)、超懸結(jié)構(gòu)等來達(dá)到汽車輕量化的目的。汽車輕量化材料的合理使用方面，可以選擇一些輕量化的材料來代替原有的材料來達(dá)到汽車輕量化的目標(biāo)。

1.2 汽車材料的使用對于汽車輕量化起到?jīng)Q定性作用

汽車輕量化不僅有利于降低汽車的重量，而且還能夠有效降低汽車發(fā)動機(jī)的發(fā)電功率。具體來說，汽車輕量化設(shè)計和制造所采用的材料主要包括以下幾種：

①在制造汽車的過程中，選擇一些使用密度比較小、強(qiáng)度比較高的輕量化汽車材料，比如碳纖維、高強(qiáng)度鋼板等。

②還可以使用一些密度、工藝性能比較好的高強(qiáng)度鋼。

③使用新型材料加工而形成的輕量化結(jié)構(gòu)材料，比如金屬基符合材料等。

2? 汽車輕量化材料

為了實現(xiàn)汽車輕量化，確保汽車的安全性能和環(huán)保性能是汽車行業(yè)所關(guān)注和研究的重要課題。在制造汽車的過程中可以選用一些輕量化材料來代替原有的汽車制造材料，從而實現(xiàn)輕量化的目的。

本文就汽車行業(yè)中使用比較廣泛的汽車材料做一個簡單的介紹，具體來說有以下五種材料：一是纖維增強(qiáng)材料，纖維增強(qiáng)材料主要是指玻璃纖維、碳纖維等等，經(jīng)過一系列復(fù)雜的工藝形成的復(fù)合型材料，比如PP、PA66等，具有強(qiáng)度大、耐磨性好等特點，這種材料主要運用于制造汽車的托盤、支架等，從而保持汽車的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，以復(fù)合型材料代替原有的汽車制造材料，從而達(dá)到汽車輕量化的目的。二是低密度PP材料，該材料是所有樹脂材料中密度最小的，它的拉伸強(qiáng)度和剛度都比較好，但是這種材料的抗沖擊能力比較差。但是經(jīng)過一系列的加工強(qiáng)化后，該產(chǎn)品的性能在許多行業(yè)都能與成本比較高的工程塑料相競爭，在汽車制造的過程中選用心中低密度PP材料，就能夠有效降低汽車的制造成本。這種低密度PP材料主要運用制造汽車保險桿、門板等部件有著明顯的汽車輕量化效果。三是工程塑料。工程塑料具有質(zhì)量輕、防腐蝕性能好的特點，工程塑料主要運用于汽車零部件制造。而且工程塑料在汽車制造過程中的應(yīng)用越來越廣泛，甚至在有些汽車制造中工程塑料已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鐵的用量，塑料的質(zhì)量比較輕，能夠有效降低汽車的重量。四是低VOC綠色環(huán)保材料，在傳統(tǒng)的汽車制造材料中，汽車內(nèi)飾部件很容易揮發(fā)出一些有機(jī)化合物，簡稱為“VOC”，這種揮發(fā)性有機(jī)化合物對于汽車內(nèi)空氣質(zhì)量造成不利的影響。這種物質(zhì)的揮發(fā)性比較強(qiáng)，尤其是車內(nèi)溫度過高的時候，這些物質(zhì)就會凝結(jié)在擋風(fēng)玻璃上，對于汽車安全運行造成一定的影響。而且這種物質(zhì)還會產(chǎn)生一定的異味，會給車內(nèi)人員帶來一定的危害，有損人體健康。低VOC材料主要是通過一些高純度、高熱氧的添加劑，從而降低汽車內(nèi)飾部件的揮發(fā)性，而且采用低VOC綠色環(huán)保材料能夠有效改善車內(nèi)環(huán)境，保持駕駛?cè)藛T的身體健康。五是鋁合金材料，與其他合金材料相比，鋁合金材料的質(zhì)量比較輕，在設(shè)計和制造汽車過程中所運用的范圍也比較廣泛。鋁合金材料本身就具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，但是這種材料的剛度比較小，需要進(jìn)行一系列的加工操作，以此來提高鋁合金的剛度。將鋁合金應(yīng)用于汽車零部件制造中，能夠有效吸收汽車碰撞中產(chǎn)生的能量，從而提高汽車的使用性能。目前在我國汽車制造中所運用的鋁合金材料主要包括變形鋁合金和鑄造鋁合金，其中鑄造鋁合金的應(yīng)用范圍比變形鋁合金的應(yīng)用范圍更廣，比如用于制造汽車發(fā)動機(jī)的鋼蓋、缸體制造等。

3? 汽車輕量化制造工藝

3.1 激光焊接技術(shù)制造工藝

在制造汽車零部件的時候，可以用激光焊接技術(shù)來進(jìn)行汽車零部件的輕量化處理，尤其是對汽車的底板、側(cè)圍、尾門內(nèi)板等汽車零部件進(jìn)行相應(yīng)輕量化處理，這種激光焊接技術(shù)能夠有效針對不同強(qiáng)度、厚度的鋼板進(jìn)行有效的焊接，從而保證各個焊接部位的完整性和一致性，從而提高汽車材料的使用效率，減少汽車制造材料的浪費，進(jìn)而能夠有效降低汽車的生產(chǎn)成本。這種激光焊接技術(shù)的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

①激光焊接技術(shù)能夠?qū)⒉煌瑥?qiáng)度、厚度的鋼板進(jìn)行無縫焊接，從而降低汽車重量。這種技術(shù)能夠有效提升汽車本身的剛度，從而提高汽車的抗打擊能力，為汽車的安全運行提供良好的保障，而且能夠有效改善整個汽車的性能。

②這種激光焊接技術(shù)能夠有效改善整個汽車制造的流程，而且還能夠減少模具的數(shù)量，從而降低汽車制造的成本，從而獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益。

③這種激光焊接技術(shù)有著極強(qiáng)的工藝性特點，而且這是一種無縫焊接技術(shù)，具有很強(qiáng)的耐腐蝕效果。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，激光焊接技術(shù)也取得了一定的成效，但是這種技術(shù)在實際運用的過程中，還存在一定的不足。因此汽車行業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計和研究人員一定要加強(qiáng)對于激光焊接技術(shù)研究的重視程度，能夠有效實現(xiàn)汽車輕量化的目標(biāo)。但是這種激光焊接技術(shù)在實際應(yīng)用的過程中還存在一定的問題。與普通鋼材相比，激光焊接技術(shù)的母材焊縫、尺寸可能會存在一定程度的差異，沒有辦法有效控制鋼材起皺、破裂的問題。因此只有構(gòu)建合適的激光焊接模板，激光焊接技術(shù)才能充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢，這是激光焊接技術(shù)發(fā)展過程中需要解決的問題。

3.2 熱成型技術(shù)制造工藝

在設(shè)計和制造汽車的過程中，要想實現(xiàn)汽車輕量化的目標(biāo)，就離不開熱成型技術(shù)制造工藝，這對于汽車零部件的制造有重要意義。熱成型技術(shù)的主要為鋼板加熱——形成奧氏體狀態(tài)——深加工。只有經(jīng)過這一系列的操作，才能夠有效實現(xiàn)輕量化材料成型設(shè)計，這有利于提高汽車的性能，比如汽車的抗沖擊能力、抗腐蝕能力等。熱成型技術(shù)制造工藝的加工原理與傳統(tǒng)的冷沖壓有一定的差別，在具體的汽車制造和加工過程中，熱成型技術(shù)有著獨特的優(yōu)勢，具體來說體現(xiàn)在以下方面：

①熱成型技術(shù)的回彈力度比較小，能夠準(zhǔn)確控制汽車零件的尺寸，為汽車組裝工作奠定良好的基礎(chǔ)。

②運用熱成型技術(shù)所加工的零部件更薄，能夠有效降低汽車的整體重量，從而實現(xiàn)汽車輕量化的目標(biāo)。

③運用熱成型技術(shù)所加工出來的零件具有很好的延展性和可塑性，能夠加工出一些比較復(fù)雜的零件。

④運用這種技術(shù)能夠有效降低材料的變形能力，從而提高汽車材料的使用效率，進(jìn)而降低了汽車制造的成本，從而為汽車企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

⑤這種加工技術(shù)所加工出來的汽車零件表面硬度比較高，甚至?xí)_(dá)到50洛氏硬度，比傳統(tǒng)的加工工藝高出2-3倍。但是目前我國的熱成型技術(shù)制造工藝還不夠成熟，不管是生產(chǎn)技術(shù)還是生產(chǎn)規(guī)模都沒有辦法達(dá)到國際先進(jìn)的熱成型技術(shù)，還沒有辦法滿足我國汽車制造業(yè)的需要。雖然有一些汽車企業(yè)已經(jīng)建立了熱成型生產(chǎn)線，但是這些技術(shù)都是從國外引進(jìn)的，沒有自己的創(chuàng)新。隨著人們對于汽車輕量化研究的重視，各大研究機(jī)構(gòu)也開始重視對于熱成型技術(shù)的研究，也取得了一定的研究成果，這有利于提高我國熱成型工藝的水平，推動我國汽車行業(yè)不斷向前發(fā)展。

4? 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟(jì)水平和人們生活水平的提高，人們對于汽車有了更高的要求。因此汽車的環(huán)保安全性能以及人工智能已經(jīng)成為未來汽車發(fā)展的方向。近年來，隨著人們提高了對環(huán)境保護(hù)的重視程度，對于提高汽車的環(huán)保性能、安全性能、人工智能的研究已經(jīng)成為汽車領(lǐng)域?qū)＜宜芯康闹匾n題。尤其是對于汽車輕量化的研究，降低汽車的整體質(zhì)量能夠有效降低汽車的能源損耗，能夠有效減少汽車尾氣的排放，降低汽車對于環(huán)境的污染程度。要想實現(xiàn)汽車輕量化的目標(biāo)，其中最重要的就是選擇一些輕量化材料以及改善汽車輕量化制造工藝，從而實現(xiàn)汽車輕量化的目標(biāo)，推動我國汽車行業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展。

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