輕量化技術在汽車工程中的應用探討

楊光 金明浩 丁麗萍

【摘要】在汽車工程的發展過程中，輕量化是發展趨勢。汽車輕量化可以有效提高汽車的安全性和穩定性，減低燃油消耗，減少尾氣排放，推動汽車行業的綠色持續發展。

【關鍵詞】輕量化技術;汽車工程;應用

一、輕量化技術概述

在我國汽車工程領域，輕量化技術的應用已經成為促進汽車行業穩定發展的重要技術。輕量化技術主要是通過對汽車結構加以合理設計、優化汽車的相關功能、應用新型節能材料等，降低汽車的自重，提升整車的性能，使得汽車在原有設計的基礎上，具備更高的安全性與舒適度。在我國汽車行業，輕量化技術的應用已經取得了一定的成果，在一定程度上為汽車行業的發展創造了動力。但是，我國汽車行業的整體水平較低，必須在加強技術創新的基礎上加強對輕量化技術的應用。

二、輕量化技術在汽車工程中的應用

（一）積極推進輕量化材料的應用

隨著汽車工業整體快速往前發展，在汽車制造過程當中應該更多地引入輕質材料，其本身不僅能夠更好地降低汽車整體重量，對于汽車整體性能提升也具有積極意義。例如，通過在汽車生產過程中引入鋁鎂合金、高強度鋼、玻璃增強材料、工程塑料、鈦合金以及結構發泡等相關類型的材料。與其他的汽車材料比較，高強度鋼本身在生產工藝、整體成本以及防撞性能上都存在巨大的優勢，其本身能夠顯著地改善汽車本身的碰撞性能以及汽車整體的安全性，通過改變部件的厚度、急性降低自身的重量，能夠在很大程度上提升部件本身的抗破壞能力與抗凹陷性，不僅能夠在很大程度上提升安全性，而且還能夠降低油耗。鋁鎂合金具有強度高、重量輕、易成型、具有良好塑性等優點，在汽車底盤的零部件以及汽車車身部位廣泛應用，在成型技術以及材料技術快速發展的今天，鋁鎂合金材料的應用范圍勢必會得到進一步的擴大。工程塑料以及玻璃增強材料本身具有良好的成型性而且密度較低、耐腐蝕、隔熱、隔震、隔音等相關的優點，當前玻璃增強材料以及工程塑料在汽車的外飾以及內飾當中應用較為廣泛。

（二）車身設計中的應用

1.優化結構設計

汽車輕量化技術的應用中，也可以從車身的優化設計著手。車的結構的輕量化設計需要以不降低整車性能為前提，盡量減少整體結構中冗余的零部件，簡化結構設計，保證結構的緊湊性，提高汽車輕量化設計的效果，從整體上改變車的結構設計，實現零件輕結構設計。結構設計是輕量化設計的關鍵環節。

2.形狀優化

車身形狀的優化主要是為了降低汽車的自重，使得汽車形狀的質量更低，保障汽車零部件的耐久性，延長汽車的使用壽命。從整體設計的最優化角度著手，為提高汽車的整體性能與實用價值，在汽車相關部位的設計上要盡量避免應力的過度集中，使得汽車在標準荷載下可以保持相對均勻、平衡的受力。在形狀的優化過程中，要利用形狀來改變汽車相關結構的應力分布狀態，比如，可以在高負荷位置添加部分材料，而低負荷部位去除部分材料。

3.優化拓撲設計

我國汽車拓撲結構的設計上，主要受到傳統設計理念的影響。汽車概念設計早期，材料布局的優化過程也是汽車形狀的優化與改善過程，此優化過程也影響著汽車的整體性能。而車身輕量化設計中必須進行拓撲結構的優化，以保證車身結構設計的后續形狀與尺寸等能夠達到輕量化設計的要求，提升材料的利用價值，使得設計人員可以充分遵循零件設計的相關要求，提高零件結構設計的科學性與合理性，減輕車身的質量，保證在整車中，零件的性能最優化。

（三）先進制造工藝

1.激光焊接

激光焊接工藝采用各種復合板進行拼焊，改善了零部件的使用性能，降低了汽車自身重量，提高了汽車結構可靠性及安全性能。液壓成型工藝是將待加工管件或板料置于密閉模具中，通過流體介質使管件或板料在模具中變形成型，該工藝取代了傳統的加工模式，提高了產品品質，降低了汽車重量和成本，廣泛應用于汽車零部件如排氣系統、后橋、發動機支架等。半固態鑄造技術是將金屬或合金材料在固態與液態溫度區間內進行加工，主要分為流變鑄造和觸變鑄造兩種工藝類型，因成本較高應用較少。噴射成型技術采用高壓惰性氣體將金屬液流霧化成大量細小的液滴，并使其沿噴嘴軸線方向高速飛行，并將其沉淀收集到具有一定形狀的接收基體上凝固成沉積坯件。

2.液壓成型

上世紀70年代，國外一些汽車廠家就開始對液壓成型技術進行研究，采用液壓成型技術用于生產汽車構件，有的汽車制造商已經建立了管材液壓成型車間，用于生產液壓成型零件。國內汽車廠家也應用液壓成型技術用到試制副車架，是一種典型的汽車零部件定型技術，在汽車零部件生產中得到推廣和應用，約有50%左右的底盤裝配有液壓成型件。液壓成型是進行汽車輕量化的重要技術，與傳統的沖壓焊接技術進行比較來看，該技術可以減少11%的零部件生產成本，14%的設備使用成本，還可以降低7.3%的重量。該技術有著較高的成型精度，不會消耗太多的材料，可以減輕加工和焊接工作量，提高成型件的強度和剛度。汽車管件利用液壓成型技術進行生產需要較高的壓力，設備成本比較高，使用之后不便于調整。為了降低零件生產成本，需要選用合適的管件材料，確定合理的工藝參數，防止在液壓成型時出現屈曲、破裂等質量缺陷，從而更好地保證零件生產質量。利用計算機仿真技術，需要把經驗數據等參數進行設置，對管件成型時應力分布、壁厚變化、模具貼合狀態等進行仿真，并對材質、工藝參數等進行優化設計。

三、輕量化技術在汽車工程中的應用前景

汽車工程的輕量化是汽車未來設計發展的趨勢，在動力驅動、節能降耗和節能減排等方面都有重要的應用意義。中國的汽車輕量化技術還面臨著更多難題，與國外具有較大的差距。輕量化技術涉及多個領域，是由多學科交叉形成的綜合性體系，在目前的研發體系中還多為單科的研究，很少實現各學科間的交叉融合。輕量化技術的核心技術不可能由單科或科研機構獨立完成，必須進行多種學科的戰略性部署和融合研究，但是目前此類科研機構還沒有建立，產學研結合不緊密，缺乏明確的定位和分工，研究與開發方面的銜接不足，企業規模較小，科研開發能力弱，缺乏充足的研發人員。目前的趨勢是結合全國輕量化技術優勢，開展產學研一條龍，實現技術資源共享，積極推進多學科間的合作交流，實現科研成果轉化，建立一定的檢測規范和標準，建立起相關產業人才培訓基地和科研機構。

參考文獻：

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