淺談汽車(chē)輕量化技術(shù).doc

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淺談汽車(chē)輕量化技術(shù) 摘要：通過(guò)對(duì)汽車(chē)輕量化的意義及內(nèi)涵的分析，引出了我國(guó)目前汽車(chē)輕量化技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及存在 的主要問(wèn)題。在此基礎(chǔ)之上，提出切合我國(guó)實(shí)際的汽車(chē)輕量化技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)，展望了我國(guó)未來(lái)汽 車(chē)制造的輕量化發(fā)展之路。 關(guān)鍵詞：汽車(chē)；材料輕量化；汽車(chē)小型化 引言 有關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，若汽車(chē)整備質(zhì)量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；若滾動(dòng)阻力減10%，燃油效率可提高3%；若車(chē)橋、變速器等機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率提高10%，燃油效率可提高7%。由此可見(jiàn)，伴隨輕量化而來(lái)的突出優(yōu)點(diǎn)就是油耗的顯著降低。尤其汽車(chē)車(chē)身約占汽車(chē)總質(zhì)量的30%，對(duì)空載而言，約70%的油耗是用在車(chē)身質(zhì)量上的，因此車(chē)身的輕質(zhì)化對(duì)減輕汽車(chē)自重，提高整車(chē)燃料經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。同時(shí)，輕量化還將帶來(lái)車(chē)輛操控穩(wěn)定性和沖撞安全性的提升：因?yàn)檐?chē)輛行駛時(shí)的顛簸會(huì)因底盤(pán)重量減輕而減輕，整個(gè)車(chē)身會(huì)更加穩(wěn)定；輕量化材料對(duì)沖撞能量的吸收，又可以有效提高沖撞安全性。因此汽車(chē)輕量化已成為汽車(chē)發(fā)展產(chǎn)業(yè)中的一項(xiàng)關(guān)鍵性研究課題。 1、汽車(chē)輕量化概述 1.1 汽車(chē)輕量化的意義 降低能耗、減少環(huán)境污染以及節(jié)約有限資源是目前我國(guó)面臨的一個(gè)十分重要而緊迫的課題，減輕汽車(chē)自重是提高汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性、降低能耗、減少污染的重要措施之一。歐洲鋁協(xié)公布的材料表明，汽車(chē)重量每降低100kg，每百公里可節(jié)約0.6L燃油；大量使用鋁合金的汽車(chē)，平均每輛汽車(chē)可降低重量300kg（從1400kg到1100kg），壽命期內(nèi)排放可降低20%。從駕駛方面來(lái)講，汽車(chē)輕量化后，加速性提高，穩(wěn)定性、噪音、振動(dòng)方面也均有改善。從安全性考慮，碰撞時(shí)慣性小，制動(dòng)距離減小，當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，塑性材料對(duì)人的沖擊小得多，所以更加安全。因此，汽車(chē)輕量化對(duì)于節(jié)約能源、減少?gòu)U氣排放、實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車(chē)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有十分積極的意義。由于鑄件占汽車(chē)零部件的比重很大，所以，追求汽車(chē)輕量化，鑄造業(yè)大有作為。 1.2 汽車(chē)輕量化的內(nèi)涵 汽車(chē)輕量化的主要指導(dǎo)思想是在確保穩(wěn)定提升性能的基礎(chǔ)上，節(jié)能化設(shè)計(jì)各總成零部件，持續(xù)優(yōu)化車(chē)型譜。汽車(chē)輕量化的技術(shù)內(nèi)涵是：采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和有效手段對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，或使用新材料在確保汽車(chē)綜合性能指標(biāo)的前提下，盡可能降低汽車(chē)產(chǎn)品自身重量，以達(dá)到減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合指標(biāo)。然而，汽車(chē)輕量化絕非是簡(jiǎn)單地將其小型化而已。首先應(yīng)保持汽車(chē)原有的性能不受影響，既要有目標(biāo)地減輕汽車(chē)自身的重量，又要保證汽車(chē)行駛的安全性、耐撞性、抗振性及舒適性，同時(shí)汽車(chē)本身的造價(jià)不被提高，以免給客戶造成經(jīng)濟(jì)上的壓力。 2、輕量化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 汽車(chē)輕量化技術(shù)包括汽車(chē)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和輕量化材料的使用兩大方面。一方面汽車(chē)輕量化與 材料密切相關(guān)。另一方面，優(yōu)化汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的有效途徑。與汽車(chē)自身質(zhì)量下降相對(duì)應(yīng)，汽車(chē)輕量化技術(shù)不斷發(fā)展，主要表現(xiàn)在：①輕質(zhì)材料的比重不斷攀升，鋁合金、鎂合金、鈦合金、高強(qiáng)度鋼、塑料、粉末冶金、生態(tài)復(fù)合材料及陶瓷等的應(yīng)用越來(lái)越多；②結(jié)構(gòu)優(yōu)化和零部件的模塊化設(shè)計(jì)水平不斷提高，如采用前輪驅(qū)動(dòng)、高剛性結(jié)構(gòu)和超輕懸架結(jié)構(gòu)等來(lái)達(dá)到輕量化的目的，計(jì)算機(jī)輔助集成技術(shù)（CAX）和結(jié)構(gòu)分析等技術(shù)也有所發(fā)展；③汽車(chē)輕量化促使汽車(chē)制造業(yè)在成形方法和聯(lián)接技術(shù)上不斷創(chuàng)新。 目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)輕量化材料正在加速發(fā)展，新型智能材料逐漸在汽車(chē)制造中得到應(yīng)用。車(chē)用高性能鋼板、鎂合金已在汽車(chē)上有所應(yīng)用。如上海大眾桑塔納轎車(chē)變速器殼體采用鎂合金。隨著鎂合金材料的技術(shù)進(jìn)步及其抗蠕變性能的進(jìn)一步改善，自動(dòng)變速器殼體以及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱亦適合改用鎂材料制造。若曲軸箱有鋁改為鎂，則可減輕30%左右。 傳統(tǒng)的轎車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)是鋼車(chē)身，現(xiàn)今也越來(lái)越多的采用高強(qiáng)度鋼，精練鋼，鋁合金和夾層鋼車(chē)身結(jié)構(gòu)，其制造工藝有：柔性化板材輥軋，剪拼焊接工藝技術(shù)，薄壁制造技術(shù)等。不銹鋼與強(qiáng)度較高的碳鋼相比，若用于制造車(chē)身，則表現(xiàn)出不少優(yōu)點(diǎn)，例如延展性更好，強(qiáng)度更高，更適合形狀復(fù)雜的覆蓋件成形。上世紀(jì)80年代，重慶汽車(chē)研究所就開(kāi)展了雙相鋼研究；一汽轎車(chē)、奇瑞汽車(chē)公司也在轎車(chē)車(chē)身上進(jìn)行了高強(qiáng)度鋼板的初步應(yīng)用試驗(yàn)。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面可以采用前輪驅(qū)動(dòng)、高剛性結(jié)構(gòu)和超輕懸架結(jié)構(gòu)等來(lái)達(dá)到輕量化的目的，國(guó)內(nèi)已從主要依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)逐漸發(fā)展到應(yīng)用有限元等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算和分析階段。目前出現(xiàn)了一批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車(chē)車(chē)身模具開(kāi)發(fā)技術(shù)，如湖南大學(xué)與上汽通用五菱在薄板沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)理論方面開(kāi)展了較深入的研究；北京航空航天大學(xué)開(kāi)發(fā)了CAD系統(tǒng)CAXA，并已經(jīng)開(kāi)展了客車(chē)輕量化技術(shù)的研究，利用有限元法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減少車(chē)身骨架、發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)身蒙皮的重量等。 3、我國(guó)汽車(chē)輕量化面臨的主要問(wèn)題 目前我國(guó)汽車(chē)輕量化技術(shù)無(wú)論在理論研究方面還是在實(shí)際應(yīng)用方面與國(guó)外均有較大差距，輕量化技術(shù)的發(fā)展主要面臨如下問(wèn)題：（1）輕量化技術(shù)涉及眾多學(xué)科的研究領(lǐng)域，需要運(yùn)用多學(xué)科交叉融合所形成的綜合性、系統(tǒng)性知識(shí)體系，而在目前的研發(fā)體系下，各研發(fā)機(jī)構(gòu)往往只注重單個(gè)技術(shù)的研發(fā)，很少開(kāi)展各技術(shù)間的交叉與融合；（2）汽車(chē)輕量化技術(shù)涉及眾多的共性技術(shù)和前沿技術(shù)，其關(guān)鍵、核心技術(shù)的突破不可能由單個(gè)企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)獨(dú)立完成，必須要由國(guó)家級(jí)的研究機(jī)構(gòu)對(duì)其關(guān)鍵、重大問(wèn)題進(jìn)行戰(zhàn)略性和前瞻性的超前部署，而目前此類(lèi)機(jī)構(gòu)尚未建立；（3）產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合不夠緊密，沒(méi)有明確定位、合理分工，基礎(chǔ)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)研究的有機(jī)銜接不夠，企業(yè)規(guī)模小而分散輕化技術(shù)開(kāi)發(fā)能力薄弱，研發(fā)人才短缺，工藝水平落后。 4、我國(guó)汽車(chē)輕量化技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn) 要提高我國(guó)汽車(chē)輕量化技術(shù)水平，當(dāng)務(wù)之急是集成全國(guó)輕化技術(shù)優(yōu)勢(shì)開(kāi)展產(chǎn)、學(xué)、研大聯(lián)合建立資源共享的汽車(chē)輕量化技術(shù)科技創(chuàng)新平臺(tái)。該平臺(tái)應(yīng)積極推進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研的合作與文流促進(jìn)汽車(chē)輕量化技術(shù)研究成果向產(chǎn)業(yè)化方向轉(zhuǎn)化；制定汽車(chē)輕量化技術(shù)要產(chǎn)品和檢測(cè)方法等規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)；建立高水平的相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)基地和提供技術(shù)咨詢的服務(wù)機(jī)構(gòu)。通過(guò)輕量化技術(shù)的內(nèi)涵可知，汽車(chē)的輕量化主要通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用輕質(zhì)材料的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。汽車(chē)輕量化技術(shù)科技創(chuàng)新平臺(tái)應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展以下幾個(gè)方面的研發(fā)工作。 .2使用新型材料 據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車(chē)車(chē)身、底盤(pán)（含懸掛系統(tǒng))、發(fā)動(dòng)機(jī)三大件約占一輛轎車(chē)總重量的65%以上。其中車(chē)身外、內(nèi)覆蓋件的重量又居首位。因此減少汽車(chē)白車(chē)身重量對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功耗和減少汽車(chē)總重量具有雙重的效應(yīng)。為此，首先應(yīng)該在白車(chē)身制造材料方面尋找突破口。具體說(shuō)來(lái)可以有如下幾種方案： 1)使用密度小、強(qiáng)度高的輕質(zhì)材料，像鋁鎂輕合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等； 2)使用同密度、同彈性模量而且工藝性能好的截面厚度較薄的高強(qiáng)度鋼； 3)使用基于新材料加工技術(shù)的輕量化結(jié)構(gòu)用材，如連續(xù)擠壓變截面型材、金屬基復(fù)合材料板、激光焊接板材等。 5、結(jié)束語(yǔ) 隨著輕量化材料技術(shù)，包括生產(chǎn)工藝、裝配、連接、材料性能等的不斷發(fā)展和成熟，針對(duì)不同輕質(zhì)材料的不同性能，進(jìn)行多材料混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即同一部件的組成零件可由不同材料制造，以實(shí)現(xiàn)所用的材料與零件功能達(dá)成最佳組合，已經(jīng)成為未來(lái)汽車(chē)設(shè)計(jì)發(fā)展的方向。目前汽車(chē)輕量化技術(shù)還處于很不成熟的階段，未來(lái)將有很大發(fā)展前景。