轎車(chē)車(chē)身輕量化及其對(duì)連接技術(shù)的挑戰(zhàn)

謝朝輝

（江西江鈴新能源汽車(chē)有限公司，江西 南昌 330013）

汽車(chē)的輕量化，就是在保證汽車(chē)的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能降低汽車(chē)的整備質(zhì)量，從多個(gè)方面對(duì)汽車(chē)整備質(zhì)量、動(dòng)力性問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，從而增強(qiáng)汽車(chē)的動(dòng)力，減少燃料消耗及排氣污染。因此，汽車(chē)行業(yè)內(nèi)部應(yīng)該立足于汽車(chē)輕量化發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)，盡量在降低汽車(chē)整備質(zhì)量的同時(shí)，提高汽車(chē)動(dòng)力性，以滿(mǎn)足節(jié)能降耗需求。相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，傳統(tǒng)汽車(chē)整車(chē)重量每降低10%，油耗量也會(huì)隨之降低6%～8%[1]。結(jié)合2020 年與2025 年燃料消耗目標(biāo)值來(lái)看，2020 年燃料消耗目標(biāo)值為0.05L/km，2025 年燃料消耗目標(biāo)值為0.04L/km，而我國(guó)2019 年燃料消耗值為0.057L/km，距離目標(biāo)仍有差距。對(duì)此，筆者建議我國(guó)汽車(chē)行業(yè)應(yīng)該加速輕量化布局，充分立足于節(jié)能減排政策要求以及新能源汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)，全力推進(jìn)汽車(chē)輕量化發(fā)展進(jìn)程。

1 轎車(chē)車(chē)身輕量化概述

1.1 目標(biāo)分析

《中國(guó)制造2025》對(duì)汽車(chē)發(fā)展作出了整體規(guī)劃，并明確提出輕量化技術(shù)在汽車(chē)發(fā)展規(guī)劃中的重點(diǎn)工作位置。由此可知，轎車(chē)車(chē)身輕量化技術(shù)儼然成為汽車(chē)行業(yè)未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展的目標(biāo)之一。結(jié)合《中國(guó)制造2025》文件內(nèi)容可知，截至2025 年，我國(guó)整車(chē)質(zhì)量應(yīng)該平均降低20%，其中汽車(chē)鋼鐵比例占據(jù)汽車(chē)總重的30%。與此同時(shí)，單車(chē)用鋁合金應(yīng)該達(dá)到250kg、單車(chē)用鎂量應(yīng)該達(dá)到25kg。從這一目標(biāo)數(shù)據(jù)上不難看出，我國(guó)的汽車(chē)行業(yè)輕量化發(fā)展前景較為廣闊。

1.2 方法途徑

結(jié)合當(dāng)前的發(fā)展情況來(lái)看，汽車(chē)行業(yè)實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)可從以下三個(gè)途徑入手。

1）輕量化材料。通過(guò)利用更輕的高強(qiáng)度鋼、鋁合金等材料實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)普通鋼結(jié)構(gòu)的替代處理，減輕車(chē)身整體重量的同時(shí)，提高結(jié)構(gòu)性能的穩(wěn)定性。

2）輕量化設(shè)計(jì)。利用創(chuàng)新合理的方式、手段，實(shí)現(xiàn)全新的汽車(chē)架構(gòu)輕量化管理，并且重點(diǎn)針對(duì)車(chē)身零部件數(shù)量以及零部件尺寸等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整與優(yōu)化處理。

3）輕量化工藝。合理利用熱成型或者激光拼焊板等工藝方式，達(dá)到預(yù)期的車(chē)身減重效果。實(shí)施過(guò)程中，工作人員可以利用輕量化材料搭配輕量化工藝的方式進(jìn)行優(yōu)化處理[2]。

結(jié)合當(dāng)前發(fā)展情況來(lái)看，高強(qiáng)度鋼以及鋁合金材料基本上是輕量化發(fā)展的主流材料。預(yù)計(jì)到2025 年，高強(qiáng)度鋼以及鋁合金材料占比將會(huì)達(dá)到75%。其中，鋁合金材料占比可接近60%。

1.3 發(fā)展領(lǐng)域

目前，汽車(chē)輕量化發(fā)展領(lǐng)域主要涉及車(chē)身輕量化、底盤(pán)輕量化、動(dòng)力系統(tǒng)輕量化以及內(nèi)外飾件輕量化。結(jié)合近些年的發(fā)展情況來(lái)看，隨著材料成本的逐年降低、工藝制造技術(shù)的逐年升級(jí)，我國(guó)汽車(chē)輕量化發(fā)展速度明顯加快。其中，新能源汽車(chē)輕量化的發(fā)展速度尤為快速。以2019年的數(shù)據(jù)為例，新能源汽車(chē)底盤(pán)輕量化市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了46 億元。按照當(dāng)前的發(fā)展勢(shì)頭來(lái)看，隨著我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量的不斷增長(zhǎng)，輕量化滲透率將會(huì)逐年提升。預(yù)計(jì)到2025 年，新能源汽車(chē)底盤(pán)輕量化市場(chǎng)規(guī)?？梢赃_(dá)到320 億元左右。不難看出，我國(guó)汽車(chē)輕量化發(fā)展勢(shì)頭較為強(qiáng)勁。

2 轎車(chē)車(chē)身輕量化及其對(duì)連接技術(shù)的挑戰(zhàn)問(wèn)題

轎車(chē)車(chē)身輕量化發(fā)展對(duì)相關(guān)工藝技術(shù)提出了嚴(yán)格要求，尤其是連接技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題。結(jié)合當(dāng)前情況來(lái)看，傳統(tǒng)連接技術(shù)在轎車(chē)車(chē)輛輕量化發(fā)展中難以發(fā)揮出預(yù)期的功能作用，再加上多材料輕量化車(chē)身的生產(chǎn)要求，導(dǎo)致部分連接技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中很容易受到不確定因素的影響而出現(xiàn)隱患問(wèn)題[3]。以下是筆者結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)轎車(chē)車(chē)輛輕量化對(duì)相關(guān)連接技術(shù)的挑戰(zhàn)影響及問(wèn)題進(jìn)行具體分析，以供參考。

1）電阻點(diǎn)焊工藝挑戰(zhàn)問(wèn)題。電阻點(diǎn)焊工藝憑借其效率高以及成本低的優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期作用于鋼制轎車(chē)車(chē)身裝配工藝中。結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，1 輛典型的鋼制車(chē)身基本90%以上的裝配量都由電阻點(diǎn)焊工藝完成。但是多材料輕量化車(chē)身在材料方面，主要以高強(qiáng)度鋼以及鋁鋼混合使用為主，導(dǎo)致傳統(tǒng)電阻點(diǎn)焊工藝難以對(duì)多材料輕量化車(chē)身進(jìn)行針對(duì)性處理。

2）膠接技術(shù)挑戰(zhàn)問(wèn)題。膠接技術(shù)主要是指利用膠黏劑與被連接件之間所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)作用實(shí)現(xiàn)材料連接過(guò)程。雖然從客觀(guān)角度上來(lái)看，膠接技術(shù)可以有效確保車(chē)身結(jié)構(gòu)的安全性。但是對(duì)于多材料車(chē)身而言，由于受到鋁鋼熱膨脹系數(shù)差異較大的影響，其在應(yīng)用膠接技術(shù)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生車(chē)身結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題[4]。

3）機(jī)械連接技術(shù)挑戰(zhàn)問(wèn)題。以自沖鉚接技術(shù)為例，高強(qiáng)鋼變形較為困難，從鋼鉚向鋼時(shí)，內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)空腔問(wèn)題。相反，從鋁鉚向鋼時(shí)，鉚釘腿部難以抵抗下層鋼板的塑形變形力影響，導(dǎo)致自鎖問(wèn)題出現(xiàn)。再加上高強(qiáng)鋼延展性較差，工藝生產(chǎn)過(guò)程中很容易出現(xiàn)鉚穿缺陷問(wèn)題。最重要的是，鉚槍一般需要承受較大的鉚接力，很容易出現(xiàn)變形問(wèn)題。長(zhǎng)此以往，接頭質(zhì)量穩(wěn)定性將會(huì)嚴(yán)重降低，不利于汽車(chē)輕量化進(jìn)程的發(fā)展。

3 轎車(chē)輕量化發(fā)展進(jìn)程中的新型連接技術(shù)

隨著超高強(qiáng)鋼以及復(fù)合材料的不斷應(yīng)用，桶連接方法已經(jīng)難以滿(mǎn)足轎車(chē)輕量化發(fā)展要求。在這樣的發(fā)展態(tài)勢(shì)下，汽車(chē)行業(yè)內(nèi)部應(yīng)該充分立足于汽車(chē)輕量化進(jìn)程發(fā)展需求，嚴(yán)格從汽車(chē)輕量化材料、汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)以及汽車(chē)輕量化工藝方面進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。其中，應(yīng)對(duì)汽車(chē)輕量化連接技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題予以高度重視，可適當(dāng)借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，補(bǔ)缺原有技術(shù)體系中存在的不足，從根本上推進(jìn)轎車(chē)輕量化的發(fā)展進(jìn)程。

3.1 熱成型工藝技術(shù)

目前，熱成型工藝技術(shù)已經(jīng)是轎車(chē)輕量化發(fā)展過(guò)程中必不可少的連接技術(shù)。所謂的熱成型工藝技術(shù)，主要是指將特定鋼材原料加熱到奧氏體溫度區(qū)間之后，將其輸送到液壓機(jī)設(shè)備上。當(dāng)鋼板具有延展性功能時(shí)，對(duì)其進(jìn)行沖壓處理并迅速冷卻。結(jié)合工藝反饋情況來(lái)看，通過(guò)合理利用熱成型工藝，基本上可以大幅度提高鋼材抗拉強(qiáng)度，一般可以達(dá)到普通高強(qiáng)度鋼的3 倍左右，有利于提高材料的強(qiáng)度以及機(jī)械安全性[5]。

在安全性應(yīng)用方面，熱成型高強(qiáng)度鋼制成的車(chē)身具備良好的抗撞能力，不僅可以減少碰撞期間所產(chǎn)生的駕駛艙形變問(wèn)題，還可以為乘客駕駛過(guò)程提供安全保障。根據(jù)相關(guān)測(cè)試反饋情況來(lái)看，縱然汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙處于全部潰縮的情況，采取熱成型工藝制成的結(jié)構(gòu)件仍舊可以保持原始狀態(tài)，有利于確保乘客的人身安全。

在輕量化應(yīng)用方面，高強(qiáng)度鋼可以憑借較小的厚度優(yōu)勢(shì)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。一般來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)人員不需要對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行加固處理，就可以達(dá)到減少零部件重量的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)。比如，奧迪A8 全鋁車(chē)身在關(guān)鍵結(jié)構(gòu)方面，主要采取了一定比例的高強(qiáng)度鋼，車(chē)身整體重量較之以往相比有明顯下降，且結(jié)構(gòu)安全性能明顯提升，具有重要的應(yīng)用意義[6]。

3.2 先進(jìn)連接技術(shù)

為有效解決傳統(tǒng)工藝連接技術(shù)存在的不足問(wèn)題以及有效應(yīng)對(duì)鋁合金材質(zhì)延展性差的問(wèn)題，汽車(chē)行業(yè)內(nèi)部主張利用多種先進(jìn)連接技術(shù)克服當(dāng)前轎車(chē)車(chē)量化發(fā)展過(guò)程中存在的疑難問(wèn)題。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用發(fā)展情況來(lái)看，在先進(jìn)連接技術(shù)的選擇方面，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員可以?xún)?yōu)先選擇熱融自攻鉚接、鋁點(diǎn)焊、結(jié)構(gòu)膠以及高強(qiáng)度抽芯拉等，對(duì)汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化處理。與傳統(tǒng)連接技術(shù)明顯不同的是，上述技術(shù)內(nèi)容可以有效解決以往存在的接頭質(zhì)量穩(wěn)定性低、車(chē)身結(jié)構(gòu)變形等問(wèn)題。

最重要的是，這些技術(shù)可以有效克服鋁合金材質(zhì)延展性差的問(wèn)題，能夠從根本上為汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的安全性發(fā)展提供良好保障。以鋁點(diǎn)焊技術(shù)為例，工藝處理過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以利用鋁點(diǎn)焊技術(shù)消除鋁合金加工過(guò)程中所產(chǎn)生的硬化影響以及內(nèi)應(yīng)力影響，并利用加熱方式讓其溶解，溶解后急速冷卻。通過(guò)不斷提高鋁合金的強(qiáng)度以及抗腐蝕能力，確保部件結(jié)構(gòu)擁有較高的力學(xué)性能以及延展性效果。如此一來(lái)，車(chē)身結(jié)構(gòu)的整體性能基本上可以得到有效加強(qiáng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)，其應(yīng)用效果較明顯[7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，為進(jìn)一步推動(dòng)汽車(chē)輕量化進(jìn)程的發(fā)展，建議行業(yè)內(nèi)部人員應(yīng)該從輕量化材料、輕量化設(shè)計(jì)以及輕量化工藝三個(gè)方面為汽車(chē)輕量化進(jìn)程提供良好的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力[8-9]。按照當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，多材料車(chē)身儼然成為全球汽車(chē)車(chē)身輕量化技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。針對(duì)此，我國(guó)行業(yè)內(nèi)部應(yīng)該立足于主流發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)改善當(dāng)前輕量化發(fā)展體系存在的不足問(wèn)題，同時(shí)清楚地意識(shí)到車(chē)身制造的關(guān)鍵之處在于連接技術(shù)的應(yīng)用效果，并且重點(diǎn)針對(duì)連接技術(shù)的發(fā)展問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。除此之外，還要利用多種工藝方式促進(jìn)多材料車(chē)身的制造發(fā)展，盡量從根本上克服轎車(chē)車(chē)身輕量化及連接技術(shù)的挑戰(zhàn)問(wèn)題。