轎車車身輕量化研究與分析

摘要：減輕轎車自身重量是節(jié)約能源和提升燃油經(jīng)濟(jì)性、降低環(huán)境污染的有效途徑。轎車車身重量一般約占整車重量的40%左右，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，由于工藝制造、操作等定不缺定性因素使零部件的材料性能參數(shù)和安全性降低，文章從轎車車身輕量化的參數(shù)設(shè)計(jì)角度，基于穩(wěn)健與可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論方法，對(duì)轎車車身輕量化方法進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：轎車輕量化；穩(wěn)健與可靠性；參數(shù)；設(shè)計(jì)角度

中圖分類號(hào)：U463.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）21-0085-02

隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們對(duì)汽車的持有量不斷增加，對(duì)汽車安全性、舒適性要求不斷提高。由于人類的生活和發(fā)展，全球能源不斷下降，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)轎車車身重量占總重的40%，汽車沒減重10%，油耗進(jìn)而降低約6%-8%，由此可見，減輕轎車自身重量是節(jié)約能源和減少污染的重要途徑之一。我國(guó)民用轎車持有量在不斷上升，已越過億萬大關(guān)，同時(shí)城市環(huán)境污染程度不斷加重，以北京為例，霧霾不斷加重，由此可見，通過減輕轎車車身重量來減少環(huán)境污染及緩解日益嚴(yán)重的能源短缺等問題。

目前汽車車身輕量化的方法主要有兩方面，一方面是采用高強(qiáng)度輕量化材料，主要包括鋁合金、鎂合金、塑料、復(fù)合材料等。另一方面是改進(jìn)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)零部件薄壁化、中空化、復(fù)合化和復(fù)合化。轎車車身的輕量化不是盲目的給轎車瘦身，必須在保證轎車綜合性能的前提下，盡可能減輕零部件的重量。

1轎車車身輕量化的發(fā)展

汽車車身占整車的40%，車身制造對(duì)材料的使用要求在不斷的提高，在保證汽車零件材料的強(qiáng)度及安全性的前提下，使零件越來越輕，實(shí)現(xiàn)汽車車身輕量化的目標(biāo)。

從表1可見，作為傳統(tǒng)汽車制造行業(yè)主材料的鋼材和鐵仍然是汽車生產(chǎn)的主要材料，但隨著對(duì)汽車制造工藝的要求不斷的提高及開發(fā)節(jié)能環(huán)保材料的應(yīng)用，用于汽車制造的原材料在逐漸發(fā)生變化，主要特征是鋼鐵等重型材料的使用在不斷的減少，高強(qiáng)度輕型合金材料的使用量在不斷的增加了，如鋁、鎂等材料在時(shí)間內(nèi)使用量增加了6.7%，且這一數(shù)字在不斷的增加中，高強(qiáng)度輕型材料在取代鋼鐵材料進(jìn)行汽車生產(chǎn)，不但增加了汽車的美觀性及安全性能，還有效的降低汽車車身的重量。再加上冶金技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的汽車制造商選用高強(qiáng)度輕型材料來制造汽車的零部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋、車載空調(diào)、零件等都改用鋁合金進(jìn)行制造。

2汽車制造材料的應(yīng)用

我國(guó)鋁資源含量豐富，鋁產(chǎn)量占全球的1/3，鋁也是一種綠色環(huán)保材料，可進(jìn)行回收循環(huán)利用，而且國(guó)家也很重視能源的重新在利用，國(guó)家發(fā)改委、科技部和環(huán)保總局明確提出，自2010年起，汽車生產(chǎn)廠商和進(jìn)口車總代理在賣車的同時(shí)，也要承擔(dān)起汽車回收的責(zé)任。從表2可以看出，鋁的密度較小，約為鋼材的1/3，而且鋁具有高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，導(dǎo)電率是銅的2倍，導(dǎo)熱性能是鋼鐵的3倍，因?yàn)椴馁|(zhì)屬于非鐵磁性金屬，所以對(duì)輻射能有很強(qiáng)的反射能力。鋁具有優(yōu)良的可塑造性，且在鑄造、沖壓工藝上應(yīng)用均表現(xiàn)良好，現(xiàn)在大多數(shù)的汽車零部件的制造都采用鋁合金，不僅美觀，且性能優(yōu)良。

3鋁合金的應(yīng)用范圍

目前，用于車身的鋁合金主要有2000系、5000系、6000系和7000系，其中2000系和6000系是可以熱處理強(qiáng)化的，通過涂裝烘干工序后強(qiáng)度提高，應(yīng)用于對(duì)強(qiáng)度和剛性要求較高的部位；5000系不能熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，但成形性能良好，主要用于內(nèi)板等形狀復(fù)雜的部位。用來制造外殼及車身框架的主要是經(jīng)過熱處理的鋁合金板材。使用鋁合金制造的車身及框架與鋼結(jié)構(gòu)相比，其重量可減輕30%~50%，但是對(duì)退火工藝和工藝穩(wěn)定性要求較高，且生產(chǎn)成本較高。隨著汽車行業(yè)不斷發(fā)展，高強(qiáng)度、成型性能好、表面質(zhì)量?jī)?yōu)良的鋁材將會(huì)逐漸代替鋼材。目前日本汽車采用的不同字形狀薄壁和中空型材料，不僅質(zhì)量好，抗沖擊性能同樣優(yōu)良，見表3。

鋁合金生產(chǎn)的汽車零件，能有效減輕零件的重量，鋁制的熱交換器重量相比鋼材下降了40%左右，鋁合金復(fù)合材料，其強(qiáng)度、耐熱性、耐磨性也在鋁合金的基礎(chǔ)上得到了很大的提升。

4鋁合金在汽車上應(yīng)用前景

隨著人民生活水平的提高，環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)汽車安全性、舒適性、節(jié)能環(huán)保的要求在不斷提升，現(xiàn)代汽車為了提高舒適性、安全性、減少廢氣排放，增加了喝多凈化裝置等附加設(shè)施，在使汽車重量增加的同時(shí)加大了燃油消耗。汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，高強(qiáng)度輕量化的材料也是汽車制造業(yè)的首選材料，鋁合金在成本、制造技術(shù)、機(jī)械性能等方面表現(xiàn)優(yōu)越，鋁合金已成為汽車制造及減輕車身重量的首選材料。

國(guó)外轎車制造工藝較先進(jìn)，很多國(guó)外大型汽車公司都以開發(fā)采用全鋁車身骨架和全鋁車身。我國(guó)由于特種鑄造設(shè)備投資價(jià)格高、鋁材價(jià)格高、鋁成形加工技術(shù)不夠成熟等因素或在開發(fā)普及階段，鋁采用正在不斷加大，國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)在不斷縮小與先進(jìn)國(guó)家汽車制造業(yè)之間的差距，使自身競(jìng)爭(zhēng)力不斷提高。

5結(jié)語

由以上分析可以得出，中國(guó)鋁資源豐富，鋁在汽車制造行業(yè)中表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，隨著不斷的探索與開發(fā)利用，不同的鋁質(zhì)材料在不斷的出現(xiàn)，取代傳統(tǒng)的鋼鐵材料，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，鋁合金在汽車車身制造及零部件制造的應(yīng)用在不斷擴(kuò)大。

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