整車(chē)重量控制與輕量化實(shí)現(xiàn)探究

李穩(wěn)才

摘要：輕量化設(shè)計(jì)是當(dāng)前降低汽車(chē)能耗的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素之一。輕量化部件的設(shè)計(jì)方法，利用具有良好特定性能的材料和混合材料的策略被用于提高汽車(chē)應(yīng)用部件的性能。本文介紹了制造輕型零件的各種成形工藝，討論了整車(chē)重量控制與輕量化設(shè)計(jì)，這有助于減少總質(zhì)量和提高車(chē)輛部件的性能。

關(guān)鍵詞：重量控制;輕量化;整車(chē);汽車(chē)部件

1 引言

在交通運(yùn)輸和汽車(chē)工業(yè)中，輕量化設(shè)計(jì)是減少二氧化碳排放的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素[1]。對(duì)電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)日益增長(zhǎng)的需求要求新的概念和輕量化技術(shù)和工藝的發(fā)展，以生產(chǎn)輕型零件和汽車(chē)零部件。輕量化是一種旨在最大限度地節(jié)省組件和模塊重量的結(jié)構(gòu)理念。利用熱機(jī)械成形工藝提高合金的強(qiáng)度比和剛度比的方法，可以對(duì)合金的微觀組織進(jìn)行原位控制。結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)可以探討在板材、型材和管材成型操作中，塑料形成高強(qiáng)度或高性能材料如鎂或鈦的可能性。新的連接成型技術(shù)為連接材料或不同的材料創(chuàng)造了可能。新的方法預(yù)測(cè)和裁剪的機(jī)械性能，如強(qiáng)度和殘余應(yīng)力將顯示[2]。利用成形技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)的可能性，增材制造和成形的結(jié)合生產(chǎn)高度復(fù)雜的零件集成功能將被展示。將形狀記憶合金的功能集成在熱擠壓成形工藝中的方法。對(duì)新開(kāi)發(fā)的流程、方法和效果的深入了解，可以更準(zhǔn)確地確定組件的尺寸。

2 整車(chē)重量控制與輕量化的設(shè)計(jì)策略

材料輕量化設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)策略利用了材料本身的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)密度和材料性質(zhì)的不同，不同的材料達(dá)到不同的強(qiáng)度或剛度水平。材料輕量化設(shè)計(jì)可以通過(guò)使用具有高特定性能的單一材料來(lái)完成，也可以通過(guò)材料的組合來(lái)利用組合成復(fù)合材料或混合材料的最好的不同材料。材料輕量化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的一個(gè)子集。

結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)。通過(guò)拓?fù)?、形狀和參?shù)優(yōu)化來(lái)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)零件是一個(gè)概念。其目的是改變形狀和形式，以減少重量，而剛度或強(qiáng)度是增加或保持不變的。因此，結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)是系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)的一個(gè)子集。

系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)。這意味著系統(tǒng)的部件組合比參考系統(tǒng)輕。該系統(tǒng)總是由組合成一個(gè)組件的組件組成，如汽車(chē)或汽車(chē)的模塊，如結(jié)構(gòu)籠。為了產(chǎn)生一個(gè)光系統(tǒng)，系統(tǒng)的組件本身需要有光。將功能集成或通過(guò)將它們集成到一個(gè)新組件來(lái)減少部件也是系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)。為了達(dá)到輕量化部件的目標(biāo)，輕量化設(shè)計(jì)的下一個(gè)層次是系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)的一個(gè)子集。

所有上述的整車(chē)重量控制與輕量化策略都是為了最大限度地減輕重量。一個(gè)關(guān)鍵方面是參考系統(tǒng)的選擇，這是用于計(jì)算減重。真正的輕量化程度來(lái)評(píng)估設(shè)計(jì)和輕量化水平，這個(gè)新因素克服了目前的工業(yè)慣例，即如果一個(gè)新部件比以前的部件輕，那么它通常與輕量化設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)。真正的輕量化程度確保了開(kāi)發(fā)鏈上的可加性，并能夠預(yù)測(cè)以剛度為導(dǎo)向的組件設(shè)計(jì)中質(zhì)量最小的材料選擇。創(chuàng)新的工藝和材料概念需要生產(chǎn)輕量化的組件。大多數(shù)汽車(chē)零部件是用成形技術(shù)制造的?？梢允褂脛?chuàng)新成形工藝制造的各種汽車(chē)部件。電動(dòng)汽車(chē)近年來(lái)發(fā)展迅速，并將在未來(lái)的制造設(shè)施中發(fā)揮更重要的作用。對(duì)比燃燒型汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)，差異是顯而易見(jiàn)的。幾乎整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)都被電池組件和電動(dòng)機(jī)等電子部件所取代。特別是，電池外殼在碰撞安全中起著關(guān)鍵作用，需要在事故發(fā)生時(shí)進(jìn)行保護(hù)。理論上高于所有制造過(guò)程和材料概念的部分屬性是制造過(guò)程中的損傷演化。在輕量化設(shè)計(jì)中，損傷是一個(gè)重要的特性，定義為在成形過(guò)程中或成形后零件內(nèi)部的空洞演化。它使知識(shí)的過(guò)程誘導(dǎo)空洞增長(zhǎng)，削弱了零件的性能。對(duì)這種影響的深刻理解有助于對(duì)特定載荷情況下的部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)級(jí)和設(shè)計(jì)，而不會(huì)有過(guò)度工程和使用多余材料的危險(xiǎn)。本文著重于利用成形技術(shù)為汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)整車(chē)重量控制與輕量化的工藝和材料概念。

3 整車(chē)重量控制與輕量化設(shè)計(jì)

注重整車(chē)重量控制與輕量化設(shè)計(jì)的成形工藝通常用另一種具有更好重量特性的材料來(lái)替代主要材料[3]。為此，使用高強(qiáng)度鋼或輕金屬，而工件的幾何形狀對(duì)重量沒(méi)有顯著影響。

3.1 基于顆粒介質(zhì)的封閉型材沖壓硬化

在整車(chē)重量控制工程中，輕量化設(shè)計(jì)和碰撞安全是相互沖突的目標(biāo)，需要合適的成形工藝。熱沖壓是一種已建立的成形工藝，用于汽車(chē)工業(yè)，以滿足安全性和輕量化設(shè)計(jì)的要求，并結(jié)合適當(dāng)設(shè)置的機(jī)械性能?，F(xiàn)代汽車(chē)車(chē)身零件近30%采用熱沖壓加工，且數(shù)量不斷上升。成形與熱處理的結(jié)合是制造高強(qiáng)度、形狀復(fù)雜的板料零件的關(guān)鍵。熱沖壓的工藝特點(diǎn)也可以擴(kuò)展到高強(qiáng)度、高剛度的空心型材。形成封閉型材的典型成形工藝是液壓成形，但與高溫相結(jié)合需要一種特殊的成形介質(zhì)。除了氣體外，粒狀物質(zhì)等不成形的固體也是合適的替代品。

3.2 快速感應(yīng)加熱輔助級(jí)進(jìn)模板料成形

采用多級(jí)級(jí)進(jìn)模熱沖壓技術(shù)，應(yīng)以低成本、大批量實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼制品的高要求。制造中小型零件的快速多步板料成形新工藝，該工藝基于原位感應(yīng)加熱和漸進(jìn)或轉(zhuǎn)移工具。為了補(bǔ)償較大的回彈量，提高成形極限，采用了閉環(huán)控制?；貜椊堑臏y(cè)量用來(lái)調(diào)節(jié)工件的溫度，直到一個(gè)穩(wěn)定的過(guò)程產(chǎn)生。通過(guò)將成型和冷卻分幾個(gè)階段，可以獲得與階段數(shù)成正比的更高的沖程率，直到達(dá)到加熱效用或整個(gè)過(guò)程設(shè)施的極限。這種工藝設(shè)計(jì)的限制因素通常是感應(yīng)加熱，這使得它成為快速多步成形工藝的理想選擇?；诖蠊β屎凸に囈惑w化加熱方法的快速熱成形是一種通過(guò)強(qiáng)制動(dòng)態(tài)相變效應(yīng)和局部適應(yīng)的熱循環(huán)來(lái)達(dá)到突出的力學(xué)性能和更靈活的設(shè)計(jì)的方法。這種熱輔助快速成形工藝提供了生產(chǎn)大量用于內(nèi)部或保護(hù)乘客單元的零件的可能性。制造具有特定形狀的輕型剎車(chē)或油門(mén)踏板，以加強(qiáng)這些部件。

4 結(jié)論

通過(guò)創(chuàng)新的過(guò)程來(lái)促進(jìn)輕量級(jí)設(shè)計(jì)策略的需要的。對(duì)系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)和材料輕量化設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)被看作是一個(gè)整體概念，其中一個(gè)完整的汽車(chē)被考慮。結(jié)構(gòu)輕量級(jí)設(shè)計(jì)考慮的是組件級(jí)，必須將其視為輕量級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的子集。材料輕量化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的一個(gè)子集。

參考文獻(xiàn)

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