塑料與復(fù)合材料在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

陳俊 張欽厚 蔣妍

摘要：汽車(chē)行業(yè)如今的發(fā)展速度非常快，而且隨著技術(shù)的更新以及人們對(duì)汽車(chē)的要求的提高，汽車(chē)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中更加注重性能的優(yōu)化以及能耗的降低。在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)中，將塑料和復(fù)合材料應(yīng)用到其中，能夠有效的提升汽車(chē)的使用性能，而且能夠降低能耗，對(duì)環(huán)保有很大作用。鑒于此，本文對(duì)設(shè)計(jì)中的具體使用進(jìn)行了分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)輕量化；設(shè)計(jì)；塑料與復(fù)合材料；應(yīng)用

汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展給人們帶來(lái)了很大的便利，但同時(shí)對(duì)交通、環(huán)境、資源等都有產(chǎn)生負(fù)面的影響，在汽車(chē)現(xiàn)代化設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)主要是為了能夠降低能耗，減少汽車(chē)尾氣的排放，對(duì)性能進(jìn)行優(yōu)化，而塑料和復(fù)合材料的使用對(duì)這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)起到了很大的推動(dòng)作用。

1.汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)的介紹

1.1汽車(chē)輕量化的含義及其設(shè)計(jì)的重要作用

汽車(chē)輕量化指的是汽車(chē)的整體質(zhì)量能夠做到最大化的輕便，不過(guò)同時(shí)也要使汽車(chē)的強(qiáng)度以及安全性能都能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，通過(guò)這一設(shè)計(jì)，能夠使汽車(chē)的動(dòng)力性能得到有效的提高，而燃料的消耗能夠得到降低，這樣汽車(chē)尾氣的排放就會(huì)減少，從而使其對(duì)環(huán)境的污染能夠降低。通過(guò)研究以及實(shí)踐得出，汽車(chē)的整體質(zhì)量如果能夠減少50%，使用過(guò)程中燃料的消耗大概也會(huì)減少50%，這對(duì)減少環(huán)境污染問(wèn)題有極大的幫助。隨著節(jié)能環(huán)保理念的不斷深入，汽車(chē)的輕量化設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸的得到廣泛應(yīng)用。而且汽車(chē)的整體質(zhì)量得到有效的降低，能夠使內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零部件磨損問(wèn)題、汽車(chē)行駛耐久性能等得到有效的解決，對(duì)于汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展有非常重要的作用。

1.2汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)的方式

1.2.1輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如今科技的快速發(fā)展帶動(dòng)了各個(gè)行業(yè)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車(chē)設(shè)計(jì)制造行業(yè)中的應(yīng)用極大的方便了設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的工作，而且利用計(jì)算機(jī)軟件模擬，能夠使整個(gè)設(shè)計(jì)工作更加的準(zhǔn)確，還能夠極大的提高設(shè)計(jì)工作的效率。在汽車(chē)輕量化的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)來(lái)進(jìn)行汽車(chē)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，能夠使汽車(chē)的質(zhì)量在降低的情況下保證其行駛的性能以及安全性，計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助設(shè)計(jì)能夠使設(shè)計(jì)工作在成本得到控制的情況下完成對(duì)汽車(chē)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。這一設(shè)計(jì)過(guò)程中將汽車(chē)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等條件數(shù)據(jù)設(shè)置好后，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整車(chē)設(shè)計(jì)性能的檢測(cè)和評(píng)估，這樣就能夠很好的控制汽車(chē)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)過(guò)程中其使用強(qiáng)度、安全性能不受到影響。

1.2.2輕量化材料設(shè)計(jì)

材料技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用使得一些工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造出現(xiàn)在人們的生活實(shí)際當(dāng)中，材料技術(shù)的發(fā)展能夠推動(dòng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力得以提高。如今，材料技術(shù)的發(fā)展中，塑料和復(fù)合材料是主要的研究目標(biāo)，而且在一些工業(yè)產(chǎn)品制造過(guò)程中得到了很好的使用。在汽車(chē)設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，輕量化材料的設(shè)計(jì)，不僅能夠使汽車(chē)整車(chē)的質(zhì)量得到降低，還能夠創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。在汽車(chē)研發(fā)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，復(fù)合材料的使用是汽車(chē)材料輕量化設(shè)計(jì)的重要方式，利用材料的設(shè)計(jì)來(lái)降低汽車(chē)整車(chē)的質(zhì)量，可以使用塑料和復(fù)合材料來(lái)替代一些金屬材料。

2.汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)中塑料的應(yīng)用

2.1儀表板中的應(yīng)用

工程塑料在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)過(guò)程中主要是應(yīng)用到車(chē)身內(nèi)外的裝飾性部件中，在耐磨性以及舒適感等方面的要求較高，而對(duì)于荷載承受力的要求比較低。汽車(chē)的儀表板裝飾，提供給開(kāi)關(guān)、儀表以及收音機(jī)等安裝的地點(diǎn)，將塑料應(yīng)用到其設(shè)計(jì)過(guò)程中，按照材質(zhì)以及制作的技術(shù)主要有硬質(zhì)和軟質(zhì)。將發(fā)泡材料填到儀表板和表面真皮之間的是軟質(zhì)儀表板，這種是通過(guò)塑料骨架或者是金屬支架來(lái)進(jìn)行固定的，在汽車(chē)中的應(yīng)用主要是一些中高檔次的。硬質(zhì)儀表板的塑料成型較為快速，而且加工時(shí)能夠一次性的形成所需要的形狀，不過(guò)這種工藝材質(zhì)的儀表板制作容易出現(xiàn)裂痕，在制作成型的過(guò)程中要進(jìn)行平整處理。另外，近些年來(lái)有部分汽車(chē)在設(shè)計(jì)過(guò)程中都使用半硬質(zhì)的儀表板，這種材質(zhì)的儀表板填充材料是半硬質(zhì)的，制作工藝與軟質(zhì)儀表板是一樣的，不過(guò)后者的減震回彈性較好，而且安全性能比較高，對(duì)于抗形變、抗磨損問(wèn)題都比較好。

2.2方向盤(pán)中的應(yīng)用

方向盤(pán)是汽車(chē)在使用過(guò)程中最基本的控制部件，而且也是與汽車(chē)駕駛?cè)私佑|最多的，因此其材料設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)駕駛?cè)水a(chǎn)生直接的影響，結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)的不同，也會(huì)帶給駕駛?cè)藛T不同的使用感受。如今，很多的汽車(chē)方向盤(pán)材料都是使用半硬質(zhì)或者是硬質(zhì)的，方向盤(pán)的表面與殼體之間采用發(fā)泡進(jìn)行填充。方向盤(pán)不同于儀表板，儀表板不需要考慮荷載，而方向盤(pán)的設(shè)計(jì)是需要能夠承受負(fù)荷壓力的，所以方向盤(pán)的材料設(shè)計(jì)不僅要能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，還要有一定的抗形變能力，防止使用過(guò)程中出現(xiàn)形變。使用塑料材質(zhì)的方向盤(pán)代替了以往的金屬材質(zhì)，能夠使方向盤(pán)的質(zhì)量得到減輕，也使投入的成本費(fèi)用得到有效的降低。一般塑料材質(zhì)的方向盤(pán)使用的是玻璃纖維，能夠使方向盤(pán)的防護(hù)性能得到提升。

2.3車(chē)身面板中的應(yīng)用

有實(shí)驗(yàn)研究能夠證明，汽車(chē)的塑料車(chē)身板能夠比金屬車(chē)身板的力學(xué)性能更好、更穩(wěn)定，而且在耐磨性、抗沖擊方面都更好一些，材料制作工藝較為簡(jiǎn)單，車(chē)身板結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，因此這種材料的制作費(fèi)用也比較節(jié)省。熱塑性的塑料在通用型的汽車(chē)設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較普遍，隨著二代熱塑材料的出現(xiàn)，在一些檔次較高的汽車(chē)中這種材料也得到了應(yīng)用。二代熱塑性塑料相比較而言，其材料特點(diǎn)主要是在車(chē)身表面的硬度以及平整度上表現(xiàn)較好，而且也具有較好的耐腐性。這種塑料材質(zhì)的汽車(chē)車(chē)身板從表面來(lái)看是不差于金屬材質(zhì)的車(chē)身板的，在光澤上與金屬車(chē)身大致一樣，不過(guò)制作費(fèi)用卻非常低，應(yīng)用逐漸廣泛。

3.汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)中復(fù)合材料的應(yīng)用

3.1復(fù)合材料應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用復(fù)合材料，能夠在很大程度上降低汽車(chē)的整體質(zhì)量。應(yīng)用復(fù)合材料來(lái)替代金屬材料的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在，首先是復(fù)合材料能夠使汽車(chē)對(duì)應(yīng)的部件剛性更大，將復(fù)合材料應(yīng)用到汽車(chē)車(chē)身上，代替了以往的金屬材料，能夠使剛度和強(qiáng)度都得到很大程度的提高。另外，由于復(fù)合材料的密度較小，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)質(zhì)量很輕，將復(fù)合材料運(yùn)用到汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)中，在保持汽車(chē)應(yīng)有的強(qiáng)度和剛度的基礎(chǔ)上，能夠使汽車(chē)車(chē)身整體質(zhì)量得到有效的降低。再者，復(fù)合材料因其多元化的組合，在汽車(chē)新材料研究制造方面就有更加廣的范圍，能夠從不同的角度來(lái)提高汽車(chē)的設(shè)計(jì)性能，使汽車(chē)的實(shí)用性和安全性都更高。還有就是復(fù)合材料在安全性上能夠更加有保證，汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)材料使用金屬材質(zhì)使用時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)容易磨損，用復(fù)合材料代替之后其抗磨損性能就能有效的提高。

3.2碳纖維復(fù)合材料在車(chē)身中的應(yīng)用

復(fù)合材料在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)過(guò)程中主要是應(yīng)用到汽車(chē)車(chē)身的結(jié)構(gòu)部件和車(chē)身覆蓋部件方面，對(duì)于性能的提升優(yōu)化有很大的幫助，是設(shè)計(jì)過(guò)程中的一種應(yīng)用較好的材料。碳纖維復(fù)合材料的性能非常好，不過(guò)這種材料的制作費(fèi)用非常高，所以目前在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用范圍還比較小。在小部分的汽車(chē)設(shè)計(jì)研究中有試驗(yàn)使用。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，汽車(chē)輕量化的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)展中是一種必然的趨勢(shì)，塑料和復(fù)合材料由于其性能的突出特點(diǎn)，在汽車(chē)輕量化的設(shè)計(jì)過(guò)程中得以廣泛應(yīng)用，這是實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的舉動(dòng)。通過(guò)塑料和復(fù)合材料使用來(lái)盡可能的減少整車(chē)的質(zhì)量，能夠使汽車(chē)的行駛性能更加優(yōu)異。

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（作者單位：1柳州安美科技有限責(zé)任公司；2柳州市嘉誠(chéng)汽車(chē)飾件系統(tǒng)有限公司）