汽車結(jié)構(gòu)輕量化關(guān)鍵技術(shù)及工藝研究

汽車輕量化研究已經(jīng)成為一個重要的課題，汽車輕量化能夠顯著的提升汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，符合我國當(dāng)前節(jié)能減排的政策。為了實現(xiàn)汽車在保證安全性能的前提下的結(jié)構(gòu)輕量化，本文針對汽車的底盤、內(nèi)飾、車身等關(guān)鍵部位進(jìn)行輕量化研究，針對汽車底盤的部件可以采用鋁合金材料或者高強度鋼材料進(jìn)行代替，內(nèi)飾使用樹脂復(fù)合板、鎂合金材料制作可提高汽車的減震性和減輕汽車重量，工藝主要采用樹脂傳遞模塑成型工藝、薄壁注塑工藝。車身使用目前最為流行的碳纖維可以極大的減低車身重量，其工藝可通過預(yù)浸料模壓成型法制得。

一、引言

汽車經(jīng)過300多年的發(fā)展，已經(jīng)是民用產(chǎn)品最高技術(shù)水平代表，目前在我國的汽車保有量逐年增高，給人民的出行帶來極大的便利，但是也帶來了環(huán)境污染的問題。一方面，汽油屬于不可再生資源，車身較重會導(dǎo)致汽車燃油量過高，不利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。另一方面，汽車的燃油量越高，其污染物排放量會相應(yīng)增大，導(dǎo)致環(huán)境污染。有研究表示，當(dāng)汽車的車身重量每降低百分之十，油耗最高可降低百分之十五，由此可見汽車輕量化研究對提高燃油經(jīng)濟(jì)性的重要性，另外，汽車輕量化后從另一角度來看代表著提高了汽車的動力性能，使用戶有更佳的駕駛體驗。

二、汽車底盤輕量化方技術(shù)研究

在目前的家用轎車中，底盤的重量大約占據(jù)了汽車總重量的三分之一，對于貨車而言，底盤重量比重更高，因此可以將汽車底盤作為輕量化研究對象。汽車底盤涉及到的零件眾多，其承載了整個車身、發(fā)動機，并且承擔(dān)著動力的傳遞，發(fā)揮著重要的作用，底盤零件具有很高的強度及加工精度，在進(jìn)行輕量化設(shè)計前，最重要是需要保證輕量化設(shè)計后不改變汽車底盤的結(jié)構(gòu)強度及安全性。針對底盤的輕量化，可以從底盤零件的結(jié)構(gòu)、材料以及工藝方面入手，在結(jié)構(gòu)方面，可以將部分零件的尺寸進(jìn)行一定改進(jìn)，或者是將零件做成空心件;在材料方面，可以選用新型的合金材料、高強度符合材料進(jìn)行替換。在工藝方面，可以使用熱成型、液壓成型的方法完成零件的制造。

汽車底盤的具有重要的作用，主要用來固定發(fā)動機和連接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等作用，具有強度大、剛度大的特點，目前，對于家用小轎車底盤大多數(shù)是采用沖壓焊接的方式進(jìn)行的，輕量化的方法是采用高強度的合金鋼進(jìn)行替換，能夠減少零件的數(shù)量、厚度，從而實現(xiàn)底盤的輕量化，高強度合金鋼一般是采用低碳鋼或者是其它新興的合金鋼經(jīng)過液壓成型制造的，液壓成型技術(shù)有利于控制鋼板的厚度，大大減少了制造工序，加快加工時間，在合金鋼當(dāng)中，高檔小車的副車架一般采用鋁合金材質(zhì)制作而成，大約可以降低副車架重量的40%，并且鋁合金具有較強的耐腐蝕性，其主要的工藝首先是對合金的成分、添加量進(jìn)行控制，之后再熔煉爐中進(jìn)行熔煉，進(jìn)一步處理后進(jìn)行鑄造，最后機加工便可完成。

三、汽車內(nèi)飾輕量化技術(shù)研究

汽車內(nèi)飾能夠提高車輛的舒適性、防火性，在一定程度上保證了人員的安全，但在很多車輛中，內(nèi)飾使用材料比較低端，增加了汽車重量，因此需對汽車內(nèi)飾進(jìn)行輕量化設(shè)計。內(nèi)飾輕量化設(shè)計主要方法是進(jìn)行材料的替換，針對汽車內(nèi)飾中覆蓋件，可以采用玻璃纖維復(fù)合材料進(jìn)行替換，復(fù)合材料擁有塑料件質(zhì)量輕的特點，同時復(fù)合材料是由三層復(fù)合而成，相對于塑料件具有更好的減震性能，降低車內(nèi)的噪音;針對汽車座椅固定件可以采用鎂合金或者是鋁合金進(jìn)行制造，能都減少車身的重量，鎂合金具有很強的抗沖擊能力，在發(fā)生交通事故時能夠有效保護(hù)駕駛員和乘客，經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的鋼板制作而成的座椅達(dá)到了9.8千克，當(dāng)材料更換成鎂合金時，重量減少了4千克，可以看出，鎂合金能有效降低座椅重量;對于儀表盤可以采用樹脂材料，相對于塑料具有更好的耐熱性和減震性，同時有效降低車輛的重量。

內(nèi)飾輕量化主要使用到的工藝有樹脂傳遞模塑成型工藝、薄壁注塑工藝，樹脂傳遞模塑成型工藝主要用于復(fù)合材料的制作，制作出的板材可以達(dá)到雙面光的特點，工序簡單、容易實現(xiàn)，并且節(jié)省原材料，采用樹脂壓鑄機將樹脂材料噴射至模具當(dāng)中，模具一般為玻璃鋼模具，為了增強復(fù)合材料力學(xué)性能可以將玻璃鋼表面鍍一層金屬。夾層中間為填充的材料為玻璃纖維，達(dá)到減低內(nèi)飾重量的目的;針對內(nèi)飾的塑料件可以采用薄壁注塑工藝進(jìn)行住宿成型，將碎料原材料融化后，注塑至薄壁模具當(dāng)中，薄壁注塑工藝最重要的特點是可以實現(xiàn)塑料件的厚度變薄，減少了原材料的使用，降低了塑料件的重量，在進(jìn)行制作時，需先設(shè)計精準(zhǔn)的模具，來精確的控制塑料件的厚度;鎂合金的工藝類似于鋁合金的工藝，目前來說其工藝相對比較成熟，可直接購買鎂合金板材進(jìn)行加工。對于這兩種工藝，在實際加工過程中，應(yīng)根據(jù)車輛的設(shè)計要求設(shè)計模具，來完成定制化生產(chǎn)。

四、汽車車身、覆蓋件輕量化技術(shù)研究

目前在高端車輛上的車身一般采用碳纖維材料，碳纖維材料是一種高強度的復(fù)合板，其具有較小的密度，它的比重相對于鋼材來說，只有剛的四分之一，所以常被應(yīng)用于車身材料，能夠減少車身重量，另外碳纖維具有很強的耐高溫、耐腐蝕性能，因此也用作車身覆蓋件材料，例如引擎蓋板、尾翼、車門、車把手等都可以采用碳纖維材料制作。寶馬公司對碳纖維材料的使用較為成熟，在打造的一款電動汽車上全部使用碳纖維材料，使得車身的重量僅為112.2千克，可以看出碳纖維材料能夠極大的降低汽車的重量。

在汽車碳纖維應(yīng)用上，可以使用預(yù)浸料模壓成型，因為汽車的車身覆蓋件具有非常復(fù)雜的曲面參數(shù)，尺寸精度要求較高，在此工藝中，碳纖維復(fù)合材料的基體可以為雙馬樹脂或者是其他樹脂，一般使用型號為5208的環(huán)氧樹脂作為基體材料，增強材料可以選用為T300的 碳纖維，這種材料力學(xué)性能更佳，并且生產(chǎn)穩(wěn)定，容易實現(xiàn)工廠化批量生產(chǎn)。采用預(yù)浸料模壓成型能夠?qū)崿F(xiàn)零件的一體化成形，成型率高，可以用做汽車碳纖維覆蓋件的加工工藝，主要的流程為將復(fù)合材料的機體及新興預(yù)浸，并通過濕法將原料加工成半成品，之后將材料通過模壓成型，經(jīng)歷固化階段后，進(jìn)行脫模，完成碳纖維的制作。

五、總結(jié)

汽車結(jié)構(gòu)輕量化能夠降低車輛的總體質(zhì)量，從而提升了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性、動力性能。為了實現(xiàn)汽車結(jié)構(gòu)輕量化，本文從汽車的底盤、內(nèi)飾、車身、車身覆蓋件進(jìn)行了研究，分析了汽車底盤的結(jié)構(gòu)、材料，提出使用鋁合金或者高強度鋼替換底盤零部件來降低汽車底盤重量的方法，對于汽車內(nèi)飾材料應(yīng)大量使用樹脂材料，樹脂材料相對塑料具有更好的力學(xué)性能，可采用樹脂傳遞模塑成型工藝制備，塑料件可采用薄壁注塑工藝制備，對于汽車車身及其覆蓋件，碳纖維成本很高，應(yīng)根據(jù)車輛的定位、品牌價值合理使用。

作者簡介：

侯磊（1999.9）男，漢 ，四川省南充市，學(xué)歷：?？疲芯糠较颍浩囓嚿斫Y(jié)構(gòu)，汽車車身輕量化技術(shù).

（成都工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ?四川 成都 ?610218）