新能源汽車結構優化輕量化關鍵工藝分析

張鵬 劉穎

摘 要：隨著社會經濟快速發展，進一步促進汽車行業發展。汽車作為人們出行常用交通工具，在給人們生活帶來方便快捷同時，其油耗排放問題也引起了人們高度重視。隨著車輛數量逐漸增多，空氣污染愈加嚴重。為減少汽車尾氣排放對環境的污染，降低汽車能耗，使得新能源汽車向輕量化方向發展。基于此，文章以新能源汽車機構優化輕量化為重點，對輕量化關鍵工藝進行分析研究，實現汽車節能減排。

關鍵詞：新能源汽車;結構;輕量化;關鍵工藝

Abstract： With the rapid development of social economy， further promote the development of automobile industry. As a common means of transportation for people to travel， automobile brings convenience and efficiency to people's life. At the same time， people attach great importance to the problem of fuel consumption and emission. With the increasing number of vehicles， air pollution is becoming more and more serious. In order to reduce the environmental pollution caused by automobile exhaust and reduce the energy consumption of automobile， the new energy vehicle is developing towards lightweight. Based on this， this paper focuses on the optimization and lightweight of new energy vehicle institutions， analyzes the key technologies of lightweight， and realizes the energy saving and emission reduction of vehicles.

前言

傳統汽車尾氣排放量大、能源消耗大，嚴重污染了自然環境。因此，在汽車行業發展進程中，傳統汽車向新能源汽車發展是必然趨勢。由于新能源汽車排放量較少、能源消耗少，所以被廣泛應用在汽車生產制造中。隨著人們生活水平不斷提高，汽車已經成為代步的重要交通工具[1]。雖然汽車給人們生活帶來諸多便利，但是在使用汽車過程中產生的能源消耗也在不斷增加。為最大程度實現節能減排，不斷優化新能源汽車結構，實現汽車輕量化。

1 新能源汽車結構優化輕量化應用

新能源汽車具有消耗低、排放量少等優點，因此成為汽車行業研究重點。在《節能與新能源技術路線圖》中明確指出，新能源汽車是汽車行業未來發展趨勢。同時指出汽車輕量化關鍵工藝在新能源汽車發展中的重要地位。

1.1 高強度鋼應用

高強度鋼根據鋼屈服強度不同，分為普通鋼強度鋼和先進高強度鋼。在新能源汽車建造過程中，根據車身部位不同選擇合適的高強度鋼，提升高強度鋼應用比例。這不僅能降低車身使用零件個數，還能降低車車身自量。其主要原因是因為高強度鋼具有減薄鋼板作用，從而減輕車身質量[2]。雖然減輕了汽車質量，但是并未降低車輛行使安全性。由此可見，在新能源汽車建造中應用高強度鋼是最佳材料。

1.2 鋁合金應用

鋁合金是工業中應用最廣泛的有色金屬結構材料。其具有密度低、強度高、塑造性好、良好導電性、導熱性和抗蝕性，在工業使用中僅次于鋼。鋁合金按加工方法不同分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金能承受較大壓力，主要用于制造汽車零部件、發動機冷卻系統散熱器、壓縮機機件等;鑄造鋁合金主要用于重力鑄造件、低壓鑄造件、特種鑄造件。據調查數據顯示，特斯拉、馬自達等汽車已實現鋁合金全身覆蓋，并采用特殊工藝完成鋁合金與其他構間的連接，其他車輛白車身也逐漸應用鋁合金材料，其中包括頂蓋橫梁、活塞、離合器殼、車輪等[3]。由此可見，在汽車行業發展中，將應用到越來越多的鋁合金材料，且鋁合金材料也是汽車輕量化重要使用材料之一。

1.3 熱塑性材料和復合材料應用

熱塑性材料是指具有加熱軟化、冷卻硬化作用，主要用于制造汽車排氣管。目前，很多大型汽車放置行李箱門也多采用熱塑性材料。熱塑性材料相較于其他材料，具有操作工藝簡單、成本低、質量輕等特點，得到廣泛應用。復合材料是指在生產制造汽車時，使用多種材料[4]。在汽車制造中，根據不同部位性能，使用多種材料。在復合材料中碳纖維復合具有較好物理特性：質量輕、強度高、耐熱性好、易操作等特點，已經成為較為理想的汽車建造材料。據研究顯示，制造汽車過程中應用碳纖維復合材料，至少減輕車身整體質量的40%-60%。且汽車使用零部件應用碳纖維復合材料，至少減輕鋼材料零件的50%左右。但是由于碳纖維復合材料是一種高性能新型材料，材料原料較貴、生產工藝復雜，相較于其他材料而言價格相對較貴，所以應用有限。隨著碳纖維復合材料生產工藝發展，生產的材料數量逐漸增多，價格也隨著下降。在我國汽車制造業碳纖維復合材料制造工藝逐漸成熟進程中，在汽車制造中應用較多碳纖維復合材料。

1.4 新能源阻燃材料

新能源阻燃材料具有絕緣、加工簡單、質量等優勢，是汽車輕量化首選材料。動力電池外殼采用采用塑包鋁方式，即玻纖阻燃尼龍與鋁嵌注方式結合[5]。采用這種阻燃材料，可以減小制件壁厚，減輕殼體重量，且散熱效果良好。在制作過程中，可一次注塑成型，沖擊性能好，達到V-0級別阻燃。

2 新能源汽車結構優化輕量化存在問題

2.1 汽車制造復雜

新能源汽車制造零件、車身、發動機等需要多種材料。但是汽車的各項零件性能隨著食用年限增加，會出現損耗，導致汽車不能充分發揮各項性能，進而影響汽車正常行駛。但是在我國，并未對零件性能做明確規定。當零件運行受阻時，汽車耗能將增大，無法實現新能源汽車低耗能目標。

2.2 輕量化材料應用

隨著人們對環保意識的增強，在汽車制造業中輕量化材料應用較廣。盡管在汽車發展進程中，明確指出輕量化材料在實現汽車輕量化的重要性，但是由于我國使用輕量化材料技術尚不成熟，還處在實制階段。其主要原因是，還未對所有輕量化材料進行準確判斷，不明確哪種材料最適合生產汽車哪個部件。并且我國并沒有出臺關于輕量化材料使用標準，所以在汽車制造過程中使用的輕量化材料還處在摸索階段[6]。

2.3 沒有汽車輕量化標準體系

雖然有相關文件指出汽車輕量化是汽車行業未來發展趨勢，但是由于沒有完整的汽車輕量化標準體系，導致汽車輕量化發展的實現受到阻礙。我國應積極響應汽車輕量化發展，根據汽車行業發展制定標準體系，促進汽車輕量化發展，提升汽車安全、舒適性能。

2.4 使用輕量化材料較少

目前，在汽車制造行業中，鋼強度鋼和低碳鋼是汽車制造主要使用材料。由此可見，在汽車制造中使用輕量化材料較少。這將阻礙汽車輕量化發展，不利于實現節能減排目標。

2.5 汽車設計方式

現階段，在汽車設計階段，大部分汽車還是采用傳統設計理念。并未引進先進設計理念，導致輕量化材料無法真正應用到汽車實際生產中，進而阻礙汽車輕量化發展。

3 新能源汽車結構優化輕量化關鍵工藝

3.1 內高壓成型工藝

內高壓成型技術是一種以管材為原料，以油液為傳壓介質的先進制造手段。此工藝主要是對管材施加超高壓同時，對管孔處施加軸向推力進行補料。在外力作用下，讓管材發生塑形變形，最終與模腔內壁貼合，使管材成為三維形狀零件。內高壓成型工藝主要包括三個階段：①填充階段。將管材放入模腔并合模，將兩端在沖水情況下水平推入，形成密封。再使用預充液體將管材內部空氣排出。②成型階段。在給管材內部施加高壓同時，讓材料通過送料區進行推進補料。在壓力和補料作用下使管材形成基本模具形狀。如果設計的模具類型較為復雜，部分角度無法形成模具。③整形階段。通過施加壓力，讓無法形成模具的角度完全貼合模腔，完成成型。內高壓成型工藝相較于傳統工藝而言，不僅能減輕零件質量，還能提高資源利用，避免材料浪費。在新能源汽車制造生產中常用于制造指導儀表板管梁、電池托架等。

3.2 熱壓成型工藝

熱壓成型工藝是最為常見的加工方法，主要是在加熱后的模具上，注入材料，在壓力作用下將材料固定在模具上，待材料成型后取出模型成品[7]。熱壓成型工藝包括三個階段：①將材料放入加熱好的模板中。②上模與下模向材料模板施加高壓，在此過程中產生的氣體通過通氣管排出。③待成型模板冷卻后，進行剪切成，形成最終成品。熱壓成型工藝相較于傳統工藝而言，不僅能提升零件強度，還能提升減薄零件厚度，從而減少零件使用數量，減輕汽車質量。在新能源汽車制造生產中常用制造地板、車門防撞梁、前防撞梁等。

3.3 輥壓成型工藝

輥壓成型工藝是指材料隨著輥輪轉動，材料在輥輪碾壓下成型。輥壓成型工藝。主要包括三個階段：①材料通過引料、送料機送到剪切對焊裝置對材料進行處理。②使用壓機、成型機進行輥壓成型定型。③對定型后的模具進行沖孔、切邊、壓型等處理。在新能源汽車制造生產中常用制造門檻梁、車門窗框、防撞梁等。

4 新能源汽車結構優化設計方法

實現新能源汽車輕量化主要有三個途徑：使用材料、生產工藝和優化汽車結構。通常情況下優化汽車結構，可通過減少材料和車重實現安全和性能要求。通過優化車身結構實現汽車輕量化是目前最為有效的途徑。其中減少汽車車身、減少車架重量是減少汽車總重量的主要途徑。此外，優化新能源汽車結構設計還從逆變器小型化、驅動電機小型化等方面進行考慮。逆變器小型化通過縮減體積大小，減少能量損害，從而減少發熱損失。驅動電機小型化通過縮短線圈、降低線圈材料使用等方式，提高線圈利用率。

5 結語

綜上所述，在社會經濟發展中，汽車已經成為人們生活中必不可少的出行工具。隨著汽車數量逐漸增多，對環境造成的惡劣影響，讓人們不得不重視環境保護意識。因此在汽車行業發展中，汽車輕量化已成為未來發展趨勢，只有不斷完善輕量化體系、提升對輕量化材料認知，才能推進汽車輕量化發展。

參考文獻

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