汽車結構設計輕量化設計方法綜述

韓啟龍

（江西江鈴集團新能源汽車有限公司開發中心 330000)

汽車結構設計輕量化設計方法綜述

韓啟龍

（江西江鈴集團新能源汽車有限公司開發中心 330000)

隨著科學技術的發展，汽車技術也日新月異。作為汽車結構設計的發展方向，汽車結構輕量化技術也隨之迅速發展。文章從汽車結構設計輕量化的方式、材料輕量化的分類以及未來輕量化發展的方向等方面，綜述了汽車結構設計輕量化的方法。

汽車結構；輕量化設計；汽車材料

1 輕量化技術

1.1 優化汽車結構設計實現汽車結構輕量化

合理的結構設計和加工工藝能夠實現汽車結構的輕量化。譬如，汽車的結構設計中會使用很多夾芯板來提高結構的強度，既節省了原材料，又減少了車體的質量。這種夾芯板的外層使用的是高強度鋼或鎂合金材料，中間的夾層則是網狀鋼板，強度大，質量輕，而且能夠起到隔絕車內和車外的聲音。

1.2 改善零部件的集成實現汽車結構輕量化

將材料、結構和加工工藝較為簡單的多個零部件集成在一起，可以有效降低汽車的質量和成本。這種集成零部件減輕結構質量的方式在汽車的塑料和鑄件中有廣泛的應用。使用新興的拼焊板成形技術加工出來的集成零部件，強度得到了有效提高，兼具一定的耐腐蝕性，又節省了空間。

1.3 改進連接方式等實現汽車結構輕量化

汽車零部件之間的連接需要很多的材料，改進零部件之間的連接方式可以有效降低汽車質量。通常可以使用更加輕便的材料，改進連接的結構的方式。

2 汽車材料的輕量化

2.1 高強度鋼在汽車結構輕量化設計中的應用

高強度鋼能夠經受非常大的載荷而不發生斷裂，所以使用較少的高強度鋼就可以滿足一般的鋼材所實現的功能。這種鋼能夠承受更大的力，也就是有效提高了材料的輕度。但這種鋼的耐腐蝕性較差，所以一般只用于汽車的外殼等結構中。

2.2 球墨鑄鐵在汽車結構輕量化設計中的應用

相同體積的球墨鑄鐵只有鋼材質量的90%，所以大量使用球墨鑄鐵在汽車結構上，可以有效降低汽車的質量[1]。現在世界各大汽車研發機構和制造商都在嘗試用球墨鑄鐵來代替鋼材，因球墨鑄鐵具有良好的鑄造和加工性能，可以非常便捷地將多個零部件整合起來。

2.3 鋁合金在汽車結構輕量化設計中的應用

由于鋁合金比鋼材的密度小，在汽車的設計過程中，合理地使用鋁材能夠有效地降低汽車的質量。但是鋁的強度較低，所以只能在部分零部件中有所使用。

2.4 鎂及鎂合金在汽車結構輕量化設計中的應用

和鋼材相比，鎂的密度比較小，在目前廣泛應用于汽車的工程材料中，鎂的密度是最小的。由于鎂的密度小但是強度高，且加工容易，所以在汽車的結構設計中大量使用鎂合金材料或者在鋼的外面鍍一層鎂，可以提高結構的強度。

2.5 鈦合金在汽車結構輕量化設計中的應用

稀有金屬鈦的熔點是1 700 ℃，是一種耐熱性能非常好的材料。鈦合金的質量輕，且疲勞性能非常優秀，能夠長時間承受劇烈的交變載荷作用而不發生斷裂。但是鈦合金的價格比較高昂，且機械加工成型比較麻煩，所以目前只有在高檔汽車中有所應用。

2.6 精細陶瓷在汽車結構輕量化設計中的應用

非金屬新型材料精細陶瓷是純度非常高的陶瓷粉末經過特殊的加工工藝之后得到的。精細陶瓷的機械性能非常好，比如變形情況是線性變化等，具有這種特性使其廣泛應用于各種傳感器的制造。

2.7 塑料在汽車結構輕量化設計中的應用

汽車的內飾件有非常多的塑料，并且有些汽車前后保險杠使用的是聚丙烯塑料，在塑料中填充石灰粉，可以有效緩沖來自外界的沖擊，極大提高了汽車的安全性能，且加工工藝比較簡單，外觀比較美觀。所以使用塑料代替一些金屬制造部件的汽車可以有效地減輕汽車重量。

2.8 復合材料在汽車結構輕量化設計中的應用

復合材料的優點是屈服強度高，有良好的抗壓性能，且機加工方便，作為汽車的結構材料，在汽車上的應用也越來越多。通常應用于汽車機構設計的復合材料有玻璃纖維增強材料、有機合成纖維復合材料和碳纖維增強材料。

3 汽車結構輕量化技術的應用前景

結構優化對于輕量化技術的發展已經產生了巨大的影響。目前，國內廠家正在就典型轎車、商用車和客車輕量化材料的應用技術和使用性能進行研究。其中對高強鋼和鋁的使用結果最值得期待。

[1]崔新濤.多材料結構汽車車身輕量化設計方法研究[D].天津大學.2014.

U463文獻標示碼：A

韓啟龍（1989—），男，助理工程師，本科，研究方向為汽車車體設計。