新型材料在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

羅富娟

摘 要：在低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代背景下，節(jié)能減排成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心內(nèi)容之一。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，輕量化設(shè)計(jì)成為汽車行業(yè)發(fā)展的主要潮流。汽車輕量化設(shè)計(jì)可從結(jié)構(gòu)輕量化、材料輕量化和工藝輕量化三個(gè)維度進(jìn)行研究，通過材料輕量化能夠降低車身、發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤三大結(jié)構(gòu)部件的重量，從而實(shí)現(xiàn)汽車輕量化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。文章主要對(duì)金屬材料、非金屬材料等在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，為促進(jìn)汽車行業(yè)的低碳發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：汽車設(shè)計(jì);新型材料;輕量化;性能

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人均汽車保有量不斷增加，同時(shí)對(duì)環(huán)境的污染也能源的浪費(fèi)也顯著增加。為了促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)的長久健康發(fā)展，需要加強(qiáng)對(duì)汽車的節(jié)能減排設(shè)計(jì)，通過一系列的技術(shù)手段減少汽車污染物的排放和能源的浪費(fèi)。輕量化設(shè)計(jì)成為汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的重要途徑之一，在保證汽車強(qiáng)度和安全性能的前提下，通過技術(shù)優(yōu)化等方式降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性能，減少燃料的消耗，降低汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染。新型材料的應(yīng)用能夠顯著降低汽車的整備質(zhì)量，進(jìn)而減少能源的消耗。

1有色金屬材料在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

金屬材料是汽車設(shè)計(jì)制造中使用量最大的一種材料，主要用于車身骨架、覆蓋板、保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車底盤等部件中，約占整個(gè)汽車重量65～80%。在汽車制造中最常使用的金屬材料有鋼鐵、鋁合金、鎂合金和鈦合金，因?yàn)殇撹F的力學(xué)性能較好，且有穩(wěn)定的化學(xué)性能，易于加工制造，成本較低，所以鋼鐵是汽車生產(chǎn)制造中使用時(shí)間最長的材料。隨著汽車輕量化設(shè)計(jì)理念的提出，各種新型材料開始應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)中，為促進(jìn)汽車制造產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展注入動(dòng)力。下面對(duì)幾種較為常見的新型材料在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，有利于促進(jìn)汽車制造材料的創(chuàng)新研發(fā)。

1.1鋁合金的應(yīng)用

鋁合金的物理性能和化學(xué)性能都較為優(yōu)越，硬度高、密度低，比熱容高，質(zhì)量輕，所以在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用的較為廣泛。鋁合金在汽車設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、車身、輪轂以及一些周邊產(chǎn)品。應(yīng)用鋁合金可大大降低車身的重量，進(jìn)而提高燃油效率，對(duì)于鋼體汽車而言，相同的燃油量，鋁合金汽車行駛的里程會(huì)更遠(yuǎn)，有效提升汽車的運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。應(yīng)用鋁合金還會(huì)減少汽車制造工序，有效提升裝配效率。因?yàn)殇X合金汽車的整體構(gòu)架焊點(diǎn)較少，只有25～35%的部件需要點(diǎn)焊，且無需進(jìn)行防銹處理，所以在制造工序方面會(huì)顯著提升生產(chǎn)效率。雖然使用鋁合金會(huì)降低汽車的重量，但是卻不會(huì)影響車輛的安全性，車身的重心會(huì)有所減低，所以車輛在行駛時(shí)會(huì)更加穩(wěn)定和舒適。由于鋁合金材料的性能以及車身的構(gòu)造較好，在發(fā)生碰撞時(shí)可以充分吸收撞擊時(shí)的能量，所以安全性能會(huì)得到進(jìn)一步的提升。鋁合金材料熔點(diǎn)低，便于重熔回收，所以對(duì)于使用鋁合金的零部件回收利用率較高，有利于實(shí)現(xiàn)汽車制造的節(jié)能降耗[1]。

1.2鎂合金的應(yīng)用

鎂合金自身的性能較為優(yōu)越，具有密度小，強(qiáng)度高，彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力大，耐有機(jī)物和堿的腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，所以在汽車輕量化設(shè)計(jì)以及環(huán)保化需求的背景下，鎂合金在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來越廣泛。相對(duì)于其他較為常用的新型材料而言，鎂合金的減重效果是相對(duì)較好的一種。鎂合金的比強(qiáng)度要優(yōu)于鋁合金和鋼，比剛度與鋁合金和鋼相差不多，卻遠(yuǎn)高于工程塑料，相對(duì)于鋁合金而言，鎂合金的減重效果要更好，所以油耗自然也會(huì)降低更多。經(jīng)過壓鑄的鎂合金支架能夠?qū)⒍鄠€(gè)需要焊接的鋼制結(jié)構(gòu)整合為一個(gè)整體的鑄件，所以可能只有同樣的鋼制零件重量的一半左右。鎂合金應(yīng)用于汽車的前端支架，可有效平衡車身的重心，能夠顯著提升汽車操控性。

2非金屬材料在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1工程塑料的應(yīng)用

工程塑料在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以取代傳統(tǒng)金屬材料的高成本性，降低了汽車制造成本。工程塑料在汽車內(nèi)飾中的應(yīng)用，有效提升了造型的美觀性和靈活性，這與汽車行業(yè)向輕量化、節(jié)能、美觀、安全、環(huán)保方向發(fā)展達(dá)到了有效的契合。隨著汽車行業(yè)以及塑料制造工藝的改進(jìn)，工程塑料在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用逐漸開始從內(nèi)飾向結(jié)構(gòu)件、功能件等方向發(fā)展，這就對(duì)工程塑料的強(qiáng)度、沖擊性能有了更高的要求。在工程塑料成型技術(shù)方面，材料的成型流動(dòng)性越好，越能夠滿足制品復(fù)雜結(jié)構(gòu)和薄壁化的要求，可有效縮短成型周期，成型質(zhì)量較高，生產(chǎn)成本低。

2.2碳纖維材料的應(yīng)用

碳纖維又稱為碳化纖維，是由碳纖維多層復(fù)合而成的新型環(huán)保材料。碳纖維的重量輕、強(qiáng)度高，耐高溫和耐腐蝕性，所以是汽車輕量化設(shè)計(jì)的重要材料之一。由于碳纖維質(zhì)輕且堅(jiān)固，所以在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用，可有效實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)的目的，可起到顯著的節(jié)能和加速作用，汽車的制動(dòng)性能也會(huì)顯著提升。汽車重量的降低使得整車的重心下移，車輛操縱的穩(wěn)定性也會(huì)進(jìn)一步提升。因?yàn)樘祭w維材料的剛性強(qiáng)度較大，耐磨和耐高溫性能強(qiáng)，所以在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用可有效延長零部件的使用壽命。但是由于碳纖維材料大部分都是通過手工制造而成的，所以會(huì)大大增加成本，目前在賽車中應(yīng)用較為廣泛。隨著碳纖維成本的降低，在其他車輛零部件設(shè)計(jì)中應(yīng)用的范圍會(huì)越來越大，對(duì)推動(dòng)我國汽車輕量化設(shè)計(jì)具有重要意義。

3汽車新型材料的發(fā)展

除了上文中提及的金屬材料、非金屬材料之中的幾種外，還有高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料、泡沫材料、稀土材料等等。這些新型材料在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，共同目的都是減輕了汽車的整體重量，改善了汽車的運(yùn)行性能，降低了汽車生產(chǎn)成本和能源消耗，減少了對(duì)環(huán)境的污染，這也是汽車設(shè)計(jì)未來發(fā)展的主要趨勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還會(huì)有更多的新型材料應(yīng)用于汽車零部件以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在生產(chǎn)工藝和制造成本方面不斷改善，對(duì)于促進(jìn)我國汽車產(chǎn)生的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

4結(jié)語

隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展，對(duì)能源的消耗和對(duì)環(huán)境的污染日益增加，為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，低碳節(jié)能成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略部署。汽車行業(yè)作為工業(yè)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，需要改善在能源消耗和環(huán)境污染方面的問題。通過新型材料在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠直接降低汽車整備質(zhì)量，進(jìn)而減少能源的消耗，降低對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)還能夠提升汽車運(yùn)行性能和舒適性。新型材料在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已經(jīng)成為全球汽車未來發(fā)展的主要趨勢(shì)，通過技術(shù)改進(jìn)和工藝優(yōu)化，還能夠進(jìn)一步促進(jìn)新型材料在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用的效率，為促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]王勝永，趙紅，張向鋒，肖志玲，張德海，宋學(xué)謙，李育文，董焱章.泡沫鋁用于新能源汽車吸能盒的性能分析[J].河南科技，2021，40（21）：30-33.

[2]孟令建，曹洲，王俊嬌，宋鵬成.一種新型復(fù)合材料板簧的開發(fā)與應(yīng)用[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2021，46（13）：72-74+93.