重型卡車中輕量化材料應用探析

湯玉軍

北京福田戴姆勒汽車有限公司 北京 101400

引言

隨著重型載貨卡車的應用推廣，用戶對重型卡車提出了更高要求，也面臨更嚴格的安全、節能、環保等問題，汽車輕量化成為滿足用戶需求和解決環保問題的重要措施之一，各大重型卡車廠商將整車輕量化作為工作重點，從結構設計、材料應用、技術創新等方面不斷探索輕量化解決方案。有效降低卡車自重，提高運輸效率，降低運輸成本，為企業創造更多盈利空間。本文對重型卡車輕量化材料應用進行研究，探索汽車輕量化解決途徑，促進新型輕量化材料的應用和創新。

1 重型卡車輕量化途徑

重型卡車構成是一個系統工程，包含了數千個部件，材料涉及金屬、塑料、橡膠以及眾多加工工藝，在重型卡車輕量化途徑上，總結主要有以下幾點：

輕量化部件設計。對卡車功能進行優化重組，將多個部件進行整合，通過減少部件數量達到降低重量的目的。

應用輕量化材料。輕量化材料主要指高強度材料和輕質材料，高強度鋼材屬于高強度材料，鋁合金、鎂合金、復合材料以及塑料等屬于輕質材料。

部件減重設計和功能優化。隨著新型材料應用，原有的設計、加工、裝配等環節也要隨之進行大幅改動；在部件材料不變更的情況下通過設計優化進行合理瘦身。

2 輕量化材料在重型卡車上的應用現狀

2.1 鋁合金

在輕量化材料方面鋁的應用最多，鋁的密度大約是鋼的三分之一，不僅重量輕還有很好的抗熱抗疲勞性，在重型卡車上鋁合金可以用在多種部件中。鋁合金板帶材、鋁合金鍛造材等屬于變形鋁合金，可以用在重卡車身骨架、車輪、車身面板上。

鋁合金貨箱應用。傳統油罐車能耗高、安全性差、易腐蝕，使用高強度鋁合金可以一次包裹成型，提高了安全性能，極大減輕了自重，油品運輸質量得到保障。在廂式貨車、半掛車等不同型號重卡中都可以進行推廣使用。

鋁合金部件應用，如鋁合金車輪，鑄造鋁合金車輪比普通輪轂相比質量輕、散熱性能好，目前美國90%的運輸車輛車輪都使用了鑄造鋁合金車輪，在我國也將逐漸得到推廣。鋁合金油箱，可以很好的防止油箱內污垢的產生，保護車輛燃油系統，并且銀色外觀簡潔大方，不需要額外噴漆，同時由于鋁質的延展性，冬季或發生碰撞時不容易破裂。鋁合金鞍座，在滿足車輛載荷要求的情況下至少可以減輕40公斤鞍座重量，特別適用于運輸掛車、油罐車、大型冷藏車等。鋁合金制動鼓具有更好的導熱率和低密度，可以有效減少車輛制動過程中產生的摩擦受熱，在耐磨損性和耐疲勞性上也有很好表現，提高行駛安全。

鋁基復合材料密度低，比模量和比強度高，在重卡上有很好的應用前景，但是目前階段由于生產工藝和價格制約，還沒有形成加大規模的市場發展。

2.2 鎂合金

鎂合金具有和鋁合金相似的特定，密度更低，重量更輕，在鋁合金減重的基礎上還可以再減重15%-20%。我國在不斷探索研究中突破了鎂合金鑄件在汽車上的應用瓶頸，在汽缸蓋罩、轉向盤、變速器殼體、曲軸后端蓋等上研發成功，在電池殼箱上的應用不僅減輕了自重，也可以極大避免車輛在行駛過程中消耗不必要的能量，提高車輛性能。但是鎂合金成本高、鑄造性差，后處理工藝復雜，限制了在重卡上的應用發展，目前主要應用在車輛非結構件如儀表盤、座位框架、汽缸頭外殼等。

2.3 高強度鋼鐵材料

傳統重型卡車中鋼是主要應用材料，在環保要求以及相關法律約束下，汽車生產商家必須進行產品提檔升級。很多重型車企通過使用高強鋼，在不降低安全級別的前提下，減小板材厚度來達到輕量化目標。目前高強度鋼材在重卡上應用普遍，如高強度鋼質車架、半掛車廂、后圍內外板、后下橫梁等，增加了汽車彈性應變區和構件的變形抗力，提高了汽車能量吸收能力，在安全駕駛及車輛性能上實現突破。

2.4 復合材料應用

復合材料有玻璃纖維復合材料、碳纖維復合材料、玄武巖復合材料等，在車輛內外飾、部件上具有很多應用優勢。玻璃纖維復合材料具有優良的物理機械性能，熱變形溫度高，耐腐蝕，制件不易變形且外觀質量更佳，價格較低，在我國其主要應用在汽車駕駛室、發動機內部件、車身結構與半結構部件、車身表面覆蓋件等。

碳纖維復合材料具有密度低、強度高、耐高溫、抗沖擊、零部件一體化等特點，可設計性好，在我國主要應用在剎車片、構架、汽車傳動軸、板簧等構件中，既減輕重量又環保節能。2012年我國首輛全碳纖維復合自卸車研制成功，標志著碳纖維復合材料開始進入重卡應用。

玄武巖纖維復合材料是以純天然火山巖為原料，經過高溫（1500℃上下）熔融再使用專用工具高速拉制形成，具有超高強度和彈性模量，是碳纖維的低價替代品。目前主要應用在車輛內飾部件、隔熱防火部件、隔音材料部件等，應用前景廣闊。

2.5 其他輕量化材料

新型輕量化材料不斷出現，如陶瓷材料、橡膠材料、聚雙環戊二烯材料等。精細陶瓷材料可以應用在汽車制動部件中；橡膠材料主要應用在超寬輪胎和真空輪胎中，可以提高行駛穩定性，避免吃胎現象；聚雙環戊二烯材料具有很好的耐腐蝕性、抗沖擊性，密度低，耐候性強，適合用在保險杠、擋泥板、儀表板、緩沖板等部件中，在重卡中也逐漸進行推廣應用。

3 總結

本文對重型卡車輕量化材料應用進行研究，探索汽車輕量化解決途徑。鋁合金、鎂合金、復合材料等輕量化材料優勢明顯，在不同重卡部件應用中可以發揮出各自獨有的性能，提高整體車輛的安全及經濟效用，雖然目前還會受到成本、設計能力和加工工藝方面的制約，但隨著對新材料應用的不斷探索，其在重型卡車上的應用必將實現質的飛躍。