汽车轻量化技术的应用发展趋势

1、汽车轻量化技术的应用发展趋势 作为实现节能减排的重要措施之一，汽车新材料、先进的设计和工艺制造技术，能促进汽车工业可持续发展。轻量化材料一方面节约汽车制造成本，另一方面还可以低碳环保循环利用。新材料和新技术之间相辅相成，先进的工艺技术为轻量化材料更新提供基础，新材料的广泛应用推动工艺技术的发展。在未来汽车制造中，轻量化材料取代钢材已经成为一种趋势。 汽车轻量化发展现状高强度钢板高强度钢板性能大大优于一般的钢材，高强度钢板具有厚度薄、质量轻的特点，同时具有更高的强度保证车身安全性。在当前高科技新材料成本高、普及率低的背景下，并考虑综合性能，高强度钢板是车身轻量化的首材料，主要应用于车辆的关键结构

2、件，如地板、AB柱、门槛等。宝马部分车型中的B柱、中通道、车门防撞杆、地板均采用高强度钢。凯迪拉克通过结构优化设计，使钢制下车体结构比铝制车体减重6 kg，其AB柱内板、横梁、地板中通道等关键部件均采用先进的高强度钢。铝合金轻质金属铝合金在汽车领域的用量逐步增加，且种类多样化，是汽车轻量化的理想材料。铝合金拥有诸多优良性能，不仅耐腐蚀而且强度和刚度高，加工成型性良好，回收利用率高。铝合金一般分2种，以熔融金属充填铸型，获得各种形状零件毛坯的铝合金就是铸造铝合金；还有一种是变形铝合金，是将铝合金通过冲压、弯曲、轧、挤压等工艺使其组织、形状发生变化而成。铸造铝合金多用于重力铸造件和特种铸造件，变形

3、铝合金多用于空调系统零件、行驶系部分零件、发动机冷却系统散热器件等。制动卡钳、驱动轴及车轮等汽车零件一般采用铝基复合材料，这是一种由多种性质不同材料组成的复合材料。马自达、奥迪等采用铝合金板材制造外覆盖件，发动机罩和行李厢盖是铝合金在车身上应用最早的部位，后面逐渐发展到全铝车身，国外部分汽车铝合金和铝复合材料的比例可达80%以上。铝合金材料作为性能优异的新材料同时还具有很好的循环利用性，回收1 t铝合金要比加工制造1 t少耗能95%，目前汽车用铝合金材料中60%以上的都是再生铝。另外，相比加工铝合金，加工钢铁所需的工装设备需要汽车制造商投资更多资本，以铝挤压型材为主的汽车铝制车身框架，焊点少、

4、装配效率高。热塑性塑料热塑性塑料主要应用在汽车的后尾门，市场上比较典型的应用是雷诺汽车的后尾门，其比钢制后尾门减重10%，不仅能降低生产成本，并且注塑、组装工艺简单，装配效率高。复合材料复合材料是由至少2种不同材料通过先进的材料制备技术组合而成的新材料。组合优化后，其综合性能比单一的原组成材料更加优异，能满足不同的要求。如碳纤维复合材料是汽车轻量化应用中比较典型的复合材料，耐腐蚀、质量轻、高模量而且强度是钢的5倍。由于该材料的优良性能，其在汽车市场已经得到了广泛推广，但是该材料成本较高，最初仅在超级跑车、F1赛车、小批量车型上应用，在汽车中的应用有限。随着复合材料制造工艺的成熟，碳纤维制造成本

5、有所下降，如今已推广至高级轿车上。热冲压成型技术热冲压成型技术用于高强度钢板冲压件成型，成型后强度达到1500 MPa以上。热成型件车身安全性高、舒适性好，能减轻车身质量，提高零件尺寸精度，控制回弹。AB柱、前纵梁、车门防撞梁、地板横梁、铰链加强板等关键部件用热成型件较多。车身结构优化设计设计思路从多种轻量化材料的匹配及零部件的优化等方面着手，再加上辊压成型、差厚板等工艺技术，这可以大幅减少零部件数量实现车身轻量化。雷诺采用的差厚板设计，实现了减重2 kg。在保证汽车整体性能不受影响的前提下，优化的结构设计还能减少制造工序，从而降低生产成本。目前国内已经有汽车轻量化技术采用了结构的轻量化设计和

6、分析，汽车设计的前期就已经融入结构轻量化设计。国产欧宝的B柱就是采用热成型与差厚板结合的方式，形成局部低强度区和局部高强度区，车身刚度及吸能性得到提高。设计方法要实现汽车车身轻量化，在最开始的车身实体结构设计时就要开始考虑，可以通过优化结构、差厚板等方式合理设计，具体方法有：1.通过结构优化设计，优化车身强度和刚度的校核，减轻车身钢板质量，减小车身骨架，确保汽车在满足性能要求下减轻自重；2主要功能部件在使用性能不变的情况下，缩小尺寸，通过结构的小型化，实现汽车轻量化；3. 通过改变运动结构方式实现汽车轻量化。如采取发动机后置、后轮驱动，使整车的局部变小，实现轻量化的目标。或采用轿车发动机前置、前轮驱动和超轻悬架结构等，使结构更紧凑。结论目前，随着经济的发展，对汽车的需求会越来越强烈，但是考虑到环境环保问题日益严峻，汽车空气污染不容忽视。试验表明，汽车车身质量降低一半，汽车燃料消耗也能降低一半。从环保和节能的角度来看，未来，汽车轻量化设计将是汽车制造的潮流。本文从新材料、新技术方面着手分析汽车轻量化技术