汽车轻量化ppt课件

其它合金
钛的密度为4.5g/cm3，具有比强度高、高温强度高和耐腐蚀等优 点。但价格昂贵，在赛车和个别豪华车上少量应用。
马自达钛合金护板
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SMC 是Sheet molding compound的缩写，称为片状模塑料，是把低粘度 的树脂化合物浸到玻璃纤维中而形成的连续片状预成型模塑复合材料，采用模 压成型，能够制造带有筋、凸起的大型覆盖件。
SMC生产效率相对较高，产品性能稳定，强度高，质地均匀，强度较高， 能得到良好表面，适合车身外装饰件，如保险杠、翼子板等。
固 性
玻璃钢
玻 纤 增
玻璃钢就是由环氧树脂与固化剂、促进剂按一定 比例混合后将如玻璃布粘结起来的一种复合材料。一 般采用手糊、喷射或缠绕成型工艺，可以用模具制作 成各种形状，但树脂不流动。
强
工装设备简单，投资低，生产效率低，生产技术
材 容易掌握，产品不受尺寸形状的限制，用于小批量大
料 型不规则零件生产。如特种专业车的高顶、小型机动
奥迪A8采用ASF全铝合金车身，创纪录的使用了546kg的铝合金 材料，重量要比同等车型的钢制车身轻50%。 1990年9月开始销售的日本本田NSX车采用了全铝承载式车身， 比用冷轧钢板制造的同样车身轻200kg。
奥迪ASF全铝车身框架
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奥威
悍威
J6
第一辆检阅车
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UPGF （树脂基玻纤增强FRP）（包括不饱和聚酯树
热 脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等基材）
1kg，理论上铝制汽车可以比钢制汽车减重40%左右。 美国生产的汽车产品，1976年每车用铝合金仅39kg，1982年
达到62kg，而1998年则达到了100kg。
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时间系统
过去
现在
未来
资源丰富， 能源日益紧张，环境遭到 开发无污染
超系统（环境） 人与自然和 破坏，人们对安全性、舒 新能源
谐相处
适性、环保等要求更高
系统（汽车）
结构简单， 自重大，只 有赛车轻量 化研究
钢铁
子系统（车身）
在确保稳定提升性能的基 础上，节能化设计各总成 零部件，持续优化
轻量化…
各种新型交 通工具
车身轻量化-------设计、制造、材料技术的集成
结构优化 功能配置优化 材料技术
主要途径： ①通过设计软件优化设计和校核汽车结构的强度和刚度
减少钢板厚度 零部件中空化、小型化或复合化 提升车身结构强度，降低耗材用量 采用承载式车身和空间框架的结构，减少车身零件的数量 局部加强设计
轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可 能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性能，减少 燃料消耗，降低排气污染。
汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%～8% 汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3～0.6升 汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%
由于环保和节能的需要，轻量化已经成为世界汽车发展的潮 流。与欧洲汽车相比，中国乘用车重量高出5%～10%，商用车 重量高出17% 。轿车自重25%～30%在车身，车身的轻量化举 足轻重。
镁合金
• 镁的密度约为铝的2/3，在实际应用的金属中是最轻的。 • 镁铸件在汽车上使用最早的实例是车轮轮辋，镁车轮比铝车
轮轻20%以上。 • 车身上应用镁合金的实例有仪表板骨架、座椅、转向柱部件、
车门模块、中控台等。 • 德国HDO压力铸造和表面技术有限责任公司研发成功了一项
能够在镁合金表面进行电镀处理的新技术，镁合金可以用于 外部装饰件中。 • 北美每辆汽车使用镁合金3.5kg，欧洲Audi每辆车使用镁合 金达到14kg，而国产汽车每辆用量平均仅1.5kg。
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展望……
TRIZ
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汽车车身轻量化的研讨
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复合材料
可以设计的材料
• 手糊成型工艺--湿法铺层成型法 • 喷射成型工艺 • 树脂传递模塑成型（RTM技术） • 袋压法（压力袋法）成型 • 真空袋压成型 • 热压罐成型技术 • 液压釜法成型技术 • 热膨胀模塑法成型技术 • 夹层结构成型技术 • 模压料生产工艺 • ZMC模压料注射技术 • 模压成型工艺 • 层合板生产技术
★纤维增强金属（FRM）
陶瓷系粒子、晶须增强的金属复合材料的 应用已经比较广泛。
粒子复合材料
夹层复合材料
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②采用轻质材料（铝合金、镁合金、高强度钢、工程塑料和复合材料）
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MAN：侧导流板、脚踏板、前围护板、挡泥板、顶盖导流板、储藏箱盖板等 VOLVO：前格栅、侧围护板、导流板等 Mercedes-Benz：整体外覆盖件
铝合金
铝的密度约为钢的1/3，是应用最广泛的轻量化材料。 铝合金易加工，导热性好、耐腐蚀性好、强度高，同时具有
良好的吸能性。缺点就是焊接工艺性差，成本较高。 铝合金在车身上的应用正在扩大。越来越多的铝制轮毂和全
铝发动机也出现在各种车型上。 据美国铝学会的报告，汽车上每使用0.45kg铝就可减轻车重
车的车身、概念车的试制等。
手糊Chevrolet corvette
缠绕法生产的气瓶和复合板簧 喷射工艺生产的高顶
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SMC
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• 卷制管成型技术 • 纤维缠绕制品成型技术 • 连续制板生产工艺 • 浇铸成型技术 • 拉挤成型工艺 • 连续缠绕制管工艺 • 编织复合材料制造技术 • 热塑性片状模塑料制造技术 • 冷模冲压成型工艺 • 注射成型工艺 • 挤出成型工艺 • 离心浇铸制管成型工艺 • 其它成型技术
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• 克莱斯勒C级车的支架，采用内高压技术和高强度钢代替铝支架， 重量减轻了14%，成本下降了45%。
适应轻量化的要求，商用车外饰件大量采用SMC、RTM等复合材料，尤其是欧 美等国家中重型卡车外包覆件几乎都是复合材料制造的。
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高强度钢板
• 高强度钢板包括高强度、超高强度和夹层减重钢板，是一种广泛应用 的轻量化材料，可以减少钢板的设计用量和厚度，提高安全性。缺点 是成形困难、回弹大等。
• 研究表明，车身钢板采用高强度钢板，能实现车身降重25%，且扭转 刚度提高80%，弯曲刚度提高52%，第一车身结构模量提高58%。
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复合材料
复合材料 基体材料 分散质 复合方式
由两种或两种以上化学本质 不同的组分人工合成的材料
聚合物基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 纤维增强复合材料 粒子改性复合材料 聚合物一聚合物复合材料 纤维复合材料
★纤维增强塑料（FRP） 玻璃纤维（长、短）、高级碳纤维、合
成纤维(如Kevlar)、天然纤维等
• 新马自达2大量采用高强度钢，车重仅有1030公斤，相比老款马 自达2减重100公斤，降重10%。
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