汽車輕量化設(shè)計研究

劉彬 安娜

摘 要：企業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向就是汽車輕量化，也是一個汽車廠商是否擁有先進(jìn)技術(shù)的主要標(biāo)志。我國汽車制造業(yè)很早已經(jīng)把輕量化作為發(fā)展課題，如今面對逐漸提高的環(huán)保要求以及不斷上漲的原材料價格，積極發(fā)展汽車燈具輕量化已經(jīng)顯得至關(guān)重要。文章主要分析了汽車輕量化設(shè)計的現(xiàn)狀和意義，汽車燈具輕量化設(shè)計應(yīng)用，汽車輕量化技術(shù)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：汽車輕量化；設(shè)計；發(fā)展

1 汽車輕量化設(shè)計的現(xiàn)狀和意義

在世界經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域與人們現(xiàn)實生活中企業(yè)的地位毋庸置疑，其發(fā)展的重要方向是舒適、安全、低成本、節(jié)能和智能化等，隨著不斷提高的社會文明程度以及日益緊張的不可再生資源，最大程度降低材料用量以及控制尾氣污染，這些都是汽車行業(yè)需要面對的挑戰(zhàn)。相關(guān)資料表示，每次減少10%的汽車質(zhì)量，可以節(jié)省6-8%的油耗。世界主要汽車生產(chǎn)國都在嚴(yán)格執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn)。我國北京也把汽車尾氣排放強(qiáng)制執(zhí)行歐洲三級標(biāo)準(zhǔn)。

控制節(jié)省車體質(zhì)量，也就是輕量化設(shè)計這一主要問題，不僅可以減少材料消耗，還可以降低排放尾氣量，這已經(jīng)成為全球汽車行業(yè)的共識，已經(jīng)得到了巨大的成績。同時加入WTO以后，對輕量化設(shè)計的大量應(yīng)用，提高了我國汽車綜合水平，成功接軌于世界標(biāo)準(zhǔn)，對于提升我國汽車行業(yè)國際競爭起到重要作用。

2 汽車燈具輕量化設(shè)計應(yīng)用

2.1 替代材料

20世紀(jì)80年代，由于能源危機(jī)造成的影響，日本提出了汽車輕量化設(shè)計，設(shè)計出對能耗與原材料有效節(jié)省的新車型。汽車燈具選擇注塑材料制作，提出了與燈具大型注塑件相適合的制造技術(shù)，有效節(jié)省了手工操作所需的成本，進(jìn)一步提升了企業(yè)燈具輕量化設(shè)計水平。車燈具體能夠劃分為前照燈、后車燈、轉(zhuǎn)向燈、霧燈等。PC由于具有較強(qiáng)的抗沖擊能力要相當(dāng)于250倍的無機(jī)玻璃，相當(dāng)于30倍的聚甲基丙烯酸甲酯板材，最早代替剝離在前燈外罩中應(yīng)用，由于利用PC制作外罩，造成燈體利用改性聚丙烯，燈罩與燈體一般利用粘膠粘接式進(jìn)行裝配。此外，車燈造型中裝飾功能是主要部分，PC擁有極好的光學(xué)與著色性能，可以制作車內(nèi)裝飾條對車燈進(jìn)行點綴和裝飾。一般利用透明有色的PC制作裝飾條，可以選擇輔助噴底漆突出其顏色，也可以同構(gòu)鍍鋁方式對金屬色積極改變和裝飾；裝飾圈通常利用鍍鋁方式改變金屬色在照明燈外實施包嵌；燈具中反射鏡是主要的零部件，從前都是利用壓鑄件鍍鋁進(jìn)行制作，目前全部應(yīng)用PC注塑鍍鋁，降低了質(zhì)量，也對工藝進(jìn)行了簡化。燈具中一般是沒有辦法改變燈泡的發(fā)光顏色的，而指示燈全部是發(fā)出顏色的燈光，因此，利用內(nèi)配光鏡的顏色對整燈光顏色進(jìn)行調(diào)整，通常有色透明PC的顏色包括紅、黃、綠和藍(lán)。

（1）透明有色聚碳酸酯

由于光源顏色調(diào)整與裝飾的要求，采取聚碳酸酯可以著色的優(yōu)點，生產(chǎn)材料廠家按照用戶的需求可以直接在生產(chǎn)中添加顏色以及一些添加劑等，制作透明有色的PC料。在這些透明有色的PC料中，最重要的是色母料的耐熱性。

（2）聚碳酸酯表面處理

PC塑件的表面較為堅脆，尤其是透明件，當(dāng)其沾上大量灰塵，即便是通過靜電布搽拭，輕易就劃傷配光鏡表明，進(jìn)一步對整個燈具的外觀造成影響。通常PC作為燈具外的表面零件時，要處理產(chǎn)品表面之后使用。當(dāng)前具體是利用表面有機(jī)硅耐磨涂層的方法進(jìn)行處理。從前燈具中的反射鏡或者飾圈等零件都是采用金屬件實施電鍍或者鍍鋁，金屬件質(zhì)量較重，加工較為復(fù)雜，成本很高。目前代替使用PC注塑件，工藝成型便捷，可以加工出較為復(fù)雜的形狀，通過鍍鋁工藝得到的擁有金屬光亮的表面，質(zhì)量較輕。在工程塑料中，PC基材表面和鋁層之間形成了很好的附著力。PC鍍鋁的主要工藝是在真空中蒸發(fā)金屬純鋁，使其在被涂覆的物體上沉積，也可以稱為真空鍍鋁。汽車燈具鍍鋁的零件基本包括燈體、反射飾圈，在燈具中安裝發(fā)揮了反射和折射功能。

2.2 工藝手段結(jié)合結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在設(shè)計密封結(jié)構(gòu)時應(yīng)用工藝手段結(jié)合結(jié)構(gòu)優(yōu)化，要對配光鏡和燈殼的密封粘結(jié)方式進(jìn)行確定。當(dāng)前汽車配光鏡和燈殼之間主要采取熱熔膠粘接、冷硅膠粘接、PU膠粘接、熱板焊接、摩擦焊接等方式進(jìn)行。例如前組合燈和后組合燈。當(dāng)前前組合燈采取的粘接方法具體包括熱熔膠粘接、冷硅膠粘接、PU膠粘接。由于前組合燈一般使用的材料為配光鏡PC和燈殼PP，這兩種材料不能實施熱板焊接、摩擦焊接，所以不適合通過這兩種方式進(jìn)行玻璃焊接。對于小面積產(chǎn)品適合利用超聲波焊接，例如側(cè)轉(zhuǎn)向燈等。

2.3 燈具零部件之間等壽命設(shè)計

在傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，考慮燈具系統(tǒng)和各零部件之間的等壽命設(shè)計并不充分。按照相關(guān)的要求，不同燈具零件出現(xiàn)了不一樣的安全系數(shù)。通常在整車壽命的前提下，各個燈具零件之間形成了較大壽命差異。損壞了一個零件，另一個零件卻完好無損，進(jìn)一步形成浪費(fèi)。可以聯(lián)系可靠性與耐久性試驗得到的數(shù)據(jù)，對燈具部件的疲勞強(qiáng)度有效考核，實行壽命設(shè)計。在整車壽命要求下，對安全系數(shù)積極調(diào)整。除了易損件之外，其他零部件的壽命也近似于相同的數(shù)值，防止了一些燈具零部件不必要的長壽命，進(jìn)一步降低了耗材，減輕了重量。此外，在目前汽車電子電氣所占比例逐漸加重的情況下，可以利用功能優(yōu)化，通過各種方式完成相同的功能，進(jìn)而達(dá)到以電子化替代機(jī)械功能的目的，最終可以有效減少機(jī)械零件，減輕重量。

3 汽車輕量化技術(shù)的應(yīng)用前景

輕量化技術(shù)的發(fā)展始終聯(lián)系材料的應(yīng)用而開展，各國為此利用了很多方法：美國PNGV計劃決定選擇包括高強(qiáng)度鋼鋁合金、鎂合金以及復(fù)合塑料材料進(jìn)一步完成汽車輕量化設(shè)計，同時重點突出了擴(kuò)大輕質(zhì)材料的重要意義；國際鋼鐵協(xié)會考慮了很多因素，吸收了很過國家的著名鋼鐵企業(yè)與汽車行業(yè)參加，經(jīng)歷四年的時間，完成了減輕目標(biāo)轎車白車自身重量20%；在ULSAB-AVC計劃實施中，擴(kuò)展輕量化目標(biāo)到超輕剛懸架系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)支架等構(gòu)件，有效改善白車燃油效率，容易回收材料，有效降低成本并且實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

在安全、節(jié)能和環(huán)保等法規(guī)的影響下，以及在性能與成本等因素的限制下，預(yù)期汽車輕量化材料技術(shù)在未來的發(fā)展方向為：

（1）碳纖維、鈦合金以及金屬基符合材料有可能被作為新型輕量化材料。

（2）在輕量化材料技術(shù)的影響下，設(shè)計思路將會出現(xiàn)重要的突破。

（3）制造零部件技術(shù)依然是未來研究的關(guān)鍵。

4 結(jié)束語

當(dāng)今汽車工業(yè)最為關(guān)鍵的研究方向是汽車輕量化的發(fā)展。盡可能降低汽車自重以及減少油耗，一般是通過對輕質(zhì)材料的積極革新，研究快捷的先進(jìn)制造工藝積極實現(xiàn)的。我國應(yīng)當(dāng)掌握內(nèi)高壓成型技術(shù)、半固態(tài)據(jù)合金成型技術(shù)和超高強(qiáng)度鋼成型技術(shù)等先進(jìn)的輕量化材料和成型技術(shù)，以及努力節(jié)省輕量化工藝成本，推動我國汽車輕量化技術(shù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]馮美斌.汽車輕量化技術(shù)中新材料的發(fā)展及應(yīng)用[J].汽車工程，2014（3）.

[2]王宇揚(yáng).多重擠壓輕量化不再遙遠(yuǎn)[J].專用汽車，2013（4）.

作者簡介：劉彬（1987，2-），男，籍貫：天津，職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，主要研究方向：汽車燈具零部件優(yōu)化設(shè)計。