现代轿车轻量化技术研究_新材料技术_轻量化工艺和轻量化结构
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
13.5～23.0 5.5～9.0 1.8～5.8 1.4～2.3
表3 铝材代替铸铁和钢材零件的质量对比
铸铝件质量
1.8～9.0 13.5～32.0 6.8～11.4
1.4～1.8 5.0～8.2 1.8～3.6 0.7～2.3 0.5～0.9
质量比 (铁:铝)
(1.9～2):1 (3.8～5.9):1 (2.4～2.6):1 (2.5～2.6):1 (2.7～2.8):1 (2.5～3.1):1 (2.5～2.6):1 (2.8～2.6):1
2 轿车轻量化技术研究
2.1 新材料技术 目前，全球中型轿车平均质量
约为1 200~1 400 kg，汽车发达国 家力争在2015年将中型轿车整车质 量减轻到1 000 kg以下，新环保材 料（材料本身具有环保性和可回收 性）将扮演愈来愈重要的角色。
与减轻汽车自身质量相对应， 汽车轻量化材料用量逐年增加。新 材料的应用是实现汽车轻量化的主 要途径之一。目前，可用来减轻汽 车自重的材料有两大类：一类是高 强度材料，如高强度钢和高强度不 锈钢；另一类是轻质材料，如铝合 金、镁合金、钛合金、塑料及复合 材料等。
铝密度约为钢的1/3，具有质量 大限度回收利用的材料，几乎90%的 抗冲击性。三是它具有良好的铸造
轻、加工性能良好、抗腐蚀性好、 汽车用铝可以回收并循环利用。铝具 性和尺寸稳定性，容易加工，废品
吸振性强等优点。铝材在汽车上应 有良好的物理和化学性能，工业生产 率低，从而降低生产成本。四是它
用见表2。
表4。
图1 镁在轿车中的应用
国外汽车的内 饰件已基本实现塑
c.钛及钛合金
料化，如源自文库塑料在汽车中的应用范
钛具有密度小（4.5 g/cm3）、强 围正在由内装件向外装件、车身结
度高（1 500 MPa）、比强度高、 构件扩展，今后的重点发展方向是
耐高温、耐腐蚀等优良的特性，在 开发结构件、外装件用的增强塑料
其他系统 部件
变形铝材
发动机罩盖、车门、行李箱 盖、地板、车身骨架及覆盖件等
散热器、机油散热器、中冷 器、空调冷凝器和蒸发器等
冲压车轮、座椅、保险杠、车 箱底板及装饰件、箱顶板、车箱 边板等
零件名称
进气歧管 气缸体 发动机罩盖 转向机壳 变速器壳 制动鼓 水泵壳 油泵壳
铸铁件质量
3.5～18.0 80～120 18～27 3.6～4.5
振缓冲器、从动轴、驱动齿轮配件 的趋势，因此其用量会有较大的增
和传动连杆等部分。受环保、能源 长，预计聚丙烯和聚氯乙烯今后分
的影响，汽车轻量化的需求越来越 别可保持8%和4%的年增长率，聚乙
高，钛材在汽车上的应用也越来越 烯的增长势头也比较强劲。
受到关注，但因其价格高而主要用
e.其他材料
于赛车上。
轻质材料除了比较常见的以上材
12 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
2009年第2期
专 题报道
F
E
A
T
U
R
E
S
术、模块化技术、细节化 力传动系统等大型零部件整体加工
技术等设计方法对汽车 技术及相关的模块化设计、制造技
结构进行优化设计，即改 术，使节能型汽车从制造到使用的
进汽车结构，减少零件数 各个环节都真正实现节能、环保。
边梁、加强筋
车顶盖、门、 燃油箱盖板
高的撞击吸收能量 高的抗压痕抗力
AE=t2σ
2n b
nξ(1/2~2/7)
Pt∝σ
n p
n≈1/25
采用多种铸造工艺制造 零件的少数几种金属材 料之一，最适于应用广 泛的压力铸造工艺。但 铝合金的成本仍高于钢 铁材料。
b.镁及镁合金 镁的密度仅为铝
非常小的弹性变 形和塑性变形
聚氯乙烯 PVC
热固性 复合材料 ABS
尼龙 PA
%
聚乙烯 PE
21
19.6
12.2
10.4
8
7.6
6
处理等成形工艺是汽车的制造基础 和核心技术，需要不断发展与创 新。此外，新的成形工艺可实现 零件及车身部件结构的简化和轻型 化，节约生产材料、提高工艺性 能，如剪裁毛坯、液压成形、零件 轧制、发泡铝成形、激光焊接等， 因此还需要加强新轻量化成形工艺 研究和应用。所谓工艺轻量化设计, 是指在满足正常工作各项要求,特别 是安全性的前提下，设计质量最轻 的工艺。
源。镁合金材料在汽车上得到了广 的用量较高，如奥迪A2型轿车的塑
泛的应用，涉及到的各种汽车零部 料件总质量已达220 kg，占总用材
件见图1，其成本偏高于铝合金。
的24.6%。发达国家车用塑料现已
占塑料总消耗量的
7 % ~ 11 % ， 预 计
不久将达到10%~
11%。
目前，车用塑
料居前7位的品种
与所占比例大体见
汽车的动力部分得到广泛的应用。 复合材料、高性能树脂材料，并对
世界几大汽车生产厂家都在一些车 材料的可回收性予以高度关注。从
型中使用钛材。据专家介绍，钛合 品种上看，聚烯烃材料因密度小、
金主要应用在汽车排气系统、发动 性能较好且成本低，近来有把汽车
机系统、传动与减振部分，用于减 内饰和外装材料统一到聚烯烃材料
现代汽车轻量化的技术内涵是： 采用现代设计方法和有效手段对 汽车结构进行优化设计，或使用新 材料、新工艺在确保汽车综合性 能指标的前提下，尽可能减轻汽车
产品自重，以达到减重、节能减 排、安全的综合指标。目前，国内 外在汽车轻量化技术上取得了显著 的成就，这主要归功于新材料技 术、成形工艺、创新结构的不断发 展。首先，高强度轻质材料的开发 与应用，正在逐步取代传统的钢铁 制件；其次，新的成形工艺，如液 压成形、激光焊接、发泡铝成形技 术等的不断涌现使工件结构得到优 化，大大降低了材料消耗；再次， 新兴轻量化结构设计从汽车开发阶 段就介入轻量化，促进汽车向轻量 化发展。
（1）高强度材料 a.高强度钢和超高强度钢 高强度钢按照ULSAB所采用的 术语，将屈服强度为210~550 MPa 的钢定义为高强度钢(HSS)，屈服强 度为550 MPa的钢定义为超高强度 钢(UHSS)，而先进高强度钢(AHSS) 的屈服强度介于HSS和UHSS之间的 强度范围。高强度钢具有良好的低 温韧性、成形性和焊接性。高强度 钢在汽车上应用和作用见表1。 表1公式中，Ps 为压溃强度，AE 为压溃吸能，Pt为压痕抗力，P为微 量变形抗力，σ w为疲劳强度，σ b为 抗拉强度，t为板厚，σ p为成形构件 应变下的流变应力，ED为动负荷设 计弹性模量，n为常数。 由表1中各类关系方程可以看 出，除疲劳强度外，其他各性能均 正比于板厚和相应的材料性能n次方 的乘积，因此高强度钢板能够大幅 增加构件的变形抗力,提高能量吸收 能力和扩大弹性应变区。高强度钢 板用于汽车零件上，通过减薄零件 来减轻质量。与铝、镁、复合材料 等相比,高强度钢板的制造相对容易, 具有经济性较好的优势。 国外高强度钢在轿车车身上的 应用比例逐年增加，目前大约为 50%，而我国汽车工业计划用3~5 年的时间将目前低于20%的比例提 高到40%以上。
专 题报道
F
E
A
T
U
R
E
S
现代轿车轻量化技术研究
——新材料技术、轻量化工艺和轻量化结构
上海汽车股份有限公司技术中心 范军锋
1 前言
为了达到降低油耗,减少环境 污染以及节约有限资源的目标，目 前，正进行两方面的研究，一是电 动汽车等新型能源汽车；二是汽车 轻量化。减轻汽车自重是提高汽车 的燃油经济性、节约能耗、减少污 染的重要措施之一。一般汽车部件 质量每减轻1%则可节油1%；运动 部件质量每减轻1%则可节油2%。 试验表明，汽车质量每减轻10%， 油耗下降6%~8%，排放下降4%。 国外汽车自身质量同过去10年相比 已减轻了20%~26%。预计在未来 的10年内，轿车自身的质量还将继 续减轻约20%。另外，从驾驶方面 来讲，汽车轻量化后加速性提高， 稳定性和噪声、振动方面也均有改 善。从安全性考虑，碰撞时惯性 小，制动距离减小，另外发生碰撞 时，塑性材料对人的冲击小得多， 所以更加安全。汽车轻量化技术是 有效降低油耗、减少排放和提升安 全性的重要技术措施之一。因此， 汽车轻量化成为汽车工业界近期的 研究热点之一。
中的铸、锻、冲工艺均能适用，是可 具有良好的阻尼系数，减振量大于
表2 铝材在汽车部件中的应用
发动机系 传动系
铝铸件 发动机气缸体、气缸盖、活塞、进气歧管、水泵 壳、油泵壳、滤清器底座、正时齿轮罩盖、发动机支 架等
变速器壳、离合器外壳等
轿车车身 系统部件
热交换器 系统部件
底盘行走系 其他系统部件
横梁、上下控制臂、转向器壳、制动钳、车轮等 离合器踏板、制动踏板、转向盘、转向节等
10 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
2009年第2期
专 题报道
F
E
A
T
U
R
E
S
构件使用过程中可 能承受的变形 大的塑性变形
小的塑性变形
表1 高强度钢板的应用和作用
用高强度钢板 制造的零件
希望的零件性能 板厚、强度和性能之间的关系方程
保险杠、加强 板、门、防撞柱
高的压溃强度
Ps∝tσ
n b
n≈1/2
d.塑料及复合材料
料以外，精细陶瓷、金属基复合材
塑料及其复合材料是另一类重要的 料、非金属基复合材料等都是未来
非金属车用轻质材料，它不仅可减 发展的选项。
轻零部件约40%的质量，而且还可 2.2 轻量化工艺技术
使采购成本降低40%左右。近年来
锻造、铸造、冲压、焊接、热
聚丙烯 PP
聚氨酯 PUR
表4 汽车中常用塑料所用的比例
度铸铁和粉末冶金等高强度材料也 1 kg铝，可减轻自重2.25 kg，减重 最轻的金属，比钢铁轻75%，比铝
都是未来发展的选项。
效应高达125%，在汽车整个使用寿 轻33%。二是它的比强度高于铝合
（2）轻质材料
命周期内可减少废气排放20 kg。此 金和钢，比刚度接近铝合金和钢，
a.铝及铝合金
外，铝回收简便，是除钢铁以外能最 能够承受一定的负荷，具有高度的
2009年第2期
汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 11
专 题报道
F
E
A
T
U
R
E
S
铝合金和铸铁。用于壳体可以降低 塑料在汽车中的用量迅速上升。据
噪声；用于座椅、轮圈可以减少振 统计，世界汽车平均每车用塑料量
动，提高汽车的安全性和舒适性。 在2000年就已达105 kg，约占汽车
五是100%的可循环利用的原料资 总质量的8%~12%。塑料在轿车中
零件名称
钢件质量 铝件质量
前、后上操纵杠
1.55
0.55
悬挂支架
1.85
0.70
转向操纵杆 万向接头
2.10
1.10
6.95
3.90
托架
0.19
0.12
吸振轴承
0.185
0.13
悬挂支架轴承
0.30
0.14
转向杆轴承
0.37
0.28
kg
质量比 (钢:铝) 2.8:1 2.6:1 1.9:1 1.8:1 1.6:1 1.4:1 2.1:1 1.3:1
非常小的变形
车身边梁、横 梁
边梁、车轮
高的弹性模量值 高的疲劳强度
P=tE
n D
(1/ED=1/E+1/Es)
σ w∝σ b
的2/3，采用镁制造汽 车零件的轻量化效果 更胜于铝，它可在铝
b.除高强度钢和超高强度钢以
以铝制件代替钢件后减轻的质量 减重基础上再减轻15%~20% 。一
外，结构钢、高强度不锈钢、高强 见表3。从表3可得出，汽车每使用 是它的质量轻, 是所有结构材料中
（1）轻量化成形工艺 采用轻结构设计与创新制造工艺 是相辅相成的，主要通过自主开发 与轻量化结构相适应的成形工艺与 模具技术，还有汽车用高强度钢、 铝合金、镁合金、塑料等先进加工 工艺。 目前的轻量化成形工艺技术，在 金属材料方面，剪裁拼接、激光拼 焊板、液压成形、发泡铝成形、涂 装、零件轧制、半固态金属加工、 喷射成形等新技术将推动汽车轻量 化发展；在塑料和复合材料方面， 推广塑料/金属复合材料、低压反映 注射成型、气体辅助注射成型等技 术以满足汽车轻量化。其中，液压 成形及泡沫铝工艺在汽车轻量化中 越来越得到广泛应用。 a.管件液压成形技术是用来制造 空心轻体构件的制造技术，工艺过 程见图2。金属件主要采用液压成形 中的内高压成形技术,见图3。内高 压成形件具有质量轻、刚度好等优 点。而且碳钢、不锈钢、铝合金、 钛合金、铜合金及镍合金等都可用 该技术成形,原则上适用于冷成形 的材料均适用于内高压成形工艺。 液压成形通过简化模具，减少零件 数，一次成形中空复杂零件来促进 汽车零部件轻量化。
量，使部件薄壁化、中空 研究常用汽车零部件模块化设计数
化、小形化、复合化，对 据库及模块化方案，常用和典型模
图2 管件液压成形技术
内饰、发动机及汽车底 块的参数化设计等，建立模块化设 盘等所有汽车零部件进行 计知识库和专家系统。
表3 铝材代替铸铁和钢材零件的质量对比
铸铝件质量
1.8～9.0 13.5～32.0 6.8～11.4
1.4～1.8 5.0～8.2 1.8～3.6 0.7～2.3 0.5～0.9
质量比 (铁:铝)
(1.9～2):1 (3.8～5.9):1 (2.4～2.6):1 (2.5～2.6):1 (2.7～2.8):1 (2.5～3.1):1 (2.5～2.6):1 (2.8～2.6):1
2 轿车轻量化技术研究
2.1 新材料技术 目前，全球中型轿车平均质量
约为1 200~1 400 kg，汽车发达国 家力争在2015年将中型轿车整车质 量减轻到1 000 kg以下，新环保材 料（材料本身具有环保性和可回收 性）将扮演愈来愈重要的角色。
与减轻汽车自身质量相对应， 汽车轻量化材料用量逐年增加。新 材料的应用是实现汽车轻量化的主 要途径之一。目前，可用来减轻汽 车自重的材料有两大类：一类是高 强度材料，如高强度钢和高强度不 锈钢；另一类是轻质材料，如铝合 金、镁合金、钛合金、塑料及复合 材料等。
铝密度约为钢的1/3，具有质量 大限度回收利用的材料，几乎90%的 抗冲击性。三是它具有良好的铸造
轻、加工性能良好、抗腐蚀性好、 汽车用铝可以回收并循环利用。铝具 性和尺寸稳定性，容易加工，废品
吸振性强等优点。铝材在汽车上应 有良好的物理和化学性能，工业生产 率低，从而降低生产成本。四是它
用见表2。
表4。
图1 镁在轿车中的应用
国外汽车的内 饰件已基本实现塑
c.钛及钛合金
料化，如源自文库塑料在汽车中的应用范
钛具有密度小（4.5 g/cm3）、强 围正在由内装件向外装件、车身结
度高（1 500 MPa）、比强度高、 构件扩展，今后的重点发展方向是
耐高温、耐腐蚀等优良的特性，在 开发结构件、外装件用的增强塑料
其他系统 部件
变形铝材
发动机罩盖、车门、行李箱 盖、地板、车身骨架及覆盖件等
散热器、机油散热器、中冷 器、空调冷凝器和蒸发器等
冲压车轮、座椅、保险杠、车 箱底板及装饰件、箱顶板、车箱 边板等
零件名称
进气歧管 气缸体 发动机罩盖 转向机壳 变速器壳 制动鼓 水泵壳 油泵壳
铸铁件质量
3.5～18.0 80～120 18～27 3.6～4.5
振缓冲器、从动轴、驱动齿轮配件 的趋势，因此其用量会有较大的增
和传动连杆等部分。受环保、能源 长，预计聚丙烯和聚氯乙烯今后分
的影响，汽车轻量化的需求越来越 别可保持8%和4%的年增长率，聚乙
高，钛材在汽车上的应用也越来越 烯的增长势头也比较强劲。
受到关注，但因其价格高而主要用
e.其他材料
于赛车上。
轻质材料除了比较常见的以上材
12 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
2009年第2期
专 题报道
F
E
A
T
U
R
E
S
术、模块化技术、细节化 力传动系统等大型零部件整体加工
技术等设计方法对汽车 技术及相关的模块化设计、制造技
结构进行优化设计，即改 术，使节能型汽车从制造到使用的
进汽车结构，减少零件数 各个环节都真正实现节能、环保。
边梁、加强筋
车顶盖、门、 燃油箱盖板
高的撞击吸收能量 高的抗压痕抗力
AE=t2σ
2n b
nξ(1/2~2/7)
Pt∝σ
n p
n≈1/25
采用多种铸造工艺制造 零件的少数几种金属材 料之一，最适于应用广 泛的压力铸造工艺。但 铝合金的成本仍高于钢 铁材料。
b.镁及镁合金 镁的密度仅为铝
非常小的弹性变 形和塑性变形
聚氯乙烯 PVC
热固性 复合材料 ABS
尼龙 PA
%
聚乙烯 PE
21
19.6
12.2
10.4
8
7.6
6
处理等成形工艺是汽车的制造基础 和核心技术，需要不断发展与创 新。此外，新的成形工艺可实现 零件及车身部件结构的简化和轻型 化，节约生产材料、提高工艺性 能，如剪裁毛坯、液压成形、零件 轧制、发泡铝成形、激光焊接等， 因此还需要加强新轻量化成形工艺 研究和应用。所谓工艺轻量化设计, 是指在满足正常工作各项要求,特别 是安全性的前提下，设计质量最轻 的工艺。
源。镁合金材料在汽车上得到了广 的用量较高，如奥迪A2型轿车的塑
泛的应用，涉及到的各种汽车零部 料件总质量已达220 kg，占总用材
件见图1，其成本偏高于铝合金。
的24.6%。发达国家车用塑料现已
占塑料总消耗量的
7 % ~ 11 % ， 预 计
不久将达到10%~
11%。
目前，车用塑
料居前7位的品种
与所占比例大体见
汽车的动力部分得到广泛的应用。 复合材料、高性能树脂材料，并对
世界几大汽车生产厂家都在一些车 材料的可回收性予以高度关注。从
型中使用钛材。据专家介绍，钛合 品种上看，聚烯烃材料因密度小、
金主要应用在汽车排气系统、发动 性能较好且成本低，近来有把汽车
机系统、传动与减振部分，用于减 内饰和外装材料统一到聚烯烃材料
现代汽车轻量化的技术内涵是： 采用现代设计方法和有效手段对 汽车结构进行优化设计，或使用新 材料、新工艺在确保汽车综合性 能指标的前提下，尽可能减轻汽车
产品自重，以达到减重、节能减 排、安全的综合指标。目前，国内 外在汽车轻量化技术上取得了显著 的成就，这主要归功于新材料技 术、成形工艺、创新结构的不断发 展。首先，高强度轻质材料的开发 与应用，正在逐步取代传统的钢铁 制件；其次，新的成形工艺，如液 压成形、激光焊接、发泡铝成形技 术等的不断涌现使工件结构得到优 化，大大降低了材料消耗；再次， 新兴轻量化结构设计从汽车开发阶 段就介入轻量化，促进汽车向轻量 化发展。
（1）高强度材料 a.高强度钢和超高强度钢 高强度钢按照ULSAB所采用的 术语，将屈服强度为210~550 MPa 的钢定义为高强度钢(HSS)，屈服强 度为550 MPa的钢定义为超高强度 钢(UHSS)，而先进高强度钢(AHSS) 的屈服强度介于HSS和UHSS之间的 强度范围。高强度钢具有良好的低 温韧性、成形性和焊接性。高强度 钢在汽车上应用和作用见表1。 表1公式中，Ps 为压溃强度，AE 为压溃吸能，Pt为压痕抗力，P为微 量变形抗力，σ w为疲劳强度，σ b为 抗拉强度，t为板厚，σ p为成形构件 应变下的流变应力，ED为动负荷设 计弹性模量，n为常数。 由表1中各类关系方程可以看 出，除疲劳强度外，其他各性能均 正比于板厚和相应的材料性能n次方 的乘积，因此高强度钢板能够大幅 增加构件的变形抗力,提高能量吸收 能力和扩大弹性应变区。高强度钢 板用于汽车零件上，通过减薄零件 来减轻质量。与铝、镁、复合材料 等相比,高强度钢板的制造相对容易, 具有经济性较好的优势。 国外高强度钢在轿车车身上的 应用比例逐年增加，目前大约为 50%，而我国汽车工业计划用3~5 年的时间将目前低于20%的比例提 高到40%以上。
专 题报道
F
E
A
T
U
R
E
S
现代轿车轻量化技术研究
——新材料技术、轻量化工艺和轻量化结构
上海汽车股份有限公司技术中心 范军锋
1 前言
为了达到降低油耗,减少环境 污染以及节约有限资源的目标，目 前，正进行两方面的研究，一是电 动汽车等新型能源汽车；二是汽车 轻量化。减轻汽车自重是提高汽车 的燃油经济性、节约能耗、减少污 染的重要措施之一。一般汽车部件 质量每减轻1%则可节油1%；运动 部件质量每减轻1%则可节油2%。 试验表明，汽车质量每减轻10%， 油耗下降6%~8%，排放下降4%。 国外汽车自身质量同过去10年相比 已减轻了20%~26%。预计在未来 的10年内，轿车自身的质量还将继 续减轻约20%。另外，从驾驶方面 来讲，汽车轻量化后加速性提高， 稳定性和噪声、振动方面也均有改 善。从安全性考虑，碰撞时惯性 小，制动距离减小，另外发生碰撞 时，塑性材料对人的冲击小得多， 所以更加安全。汽车轻量化技术是 有效降低油耗、减少排放和提升安 全性的重要技术措施之一。因此， 汽车轻量化成为汽车工业界近期的 研究热点之一。
中的铸、锻、冲工艺均能适用，是可 具有良好的阻尼系数，减振量大于
表2 铝材在汽车部件中的应用
发动机系 传动系
铝铸件 发动机气缸体、气缸盖、活塞、进气歧管、水泵 壳、油泵壳、滤清器底座、正时齿轮罩盖、发动机支 架等
变速器壳、离合器外壳等
轿车车身 系统部件
热交换器 系统部件
底盘行走系 其他系统部件
横梁、上下控制臂、转向器壳、制动钳、车轮等 离合器踏板、制动踏板、转向盘、转向节等
10 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
2009年第2期
专 题报道
F
E
A
T
U
R
E
S
构件使用过程中可 能承受的变形 大的塑性变形
小的塑性变形
表1 高强度钢板的应用和作用
用高强度钢板 制造的零件
希望的零件性能 板厚、强度和性能之间的关系方程
保险杠、加强 板、门、防撞柱
高的压溃强度
Ps∝tσ
n b
n≈1/2
d.塑料及复合材料
料以外，精细陶瓷、金属基复合材
塑料及其复合材料是另一类重要的 料、非金属基复合材料等都是未来
非金属车用轻质材料，它不仅可减 发展的选项。
轻零部件约40%的质量，而且还可 2.2 轻量化工艺技术
使采购成本降低40%左右。近年来
锻造、铸造、冲压、焊接、热
聚丙烯 PP
聚氨酯 PUR
表4 汽车中常用塑料所用的比例
度铸铁和粉末冶金等高强度材料也 1 kg铝，可减轻自重2.25 kg，减重 最轻的金属，比钢铁轻75%，比铝
都是未来发展的选项。
效应高达125%，在汽车整个使用寿 轻33%。二是它的比强度高于铝合
（2）轻质材料
命周期内可减少废气排放20 kg。此 金和钢，比刚度接近铝合金和钢，
a.铝及铝合金
外，铝回收简便，是除钢铁以外能最 能够承受一定的负荷，具有高度的
2009年第2期
汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 11
专 题报道
F
E
A
T
U
R
E
S
铝合金和铸铁。用于壳体可以降低 塑料在汽车中的用量迅速上升。据
噪声；用于座椅、轮圈可以减少振 统计，世界汽车平均每车用塑料量
动，提高汽车的安全性和舒适性。 在2000年就已达105 kg，约占汽车
五是100%的可循环利用的原料资 总质量的8%~12%。塑料在轿车中
零件名称
钢件质量 铝件质量
前、后上操纵杠
1.55
0.55
悬挂支架
1.85
0.70
转向操纵杆 万向接头
2.10
1.10
6.95
3.90
托架
0.19
0.12
吸振轴承
0.185
0.13
悬挂支架轴承
0.30
0.14
转向杆轴承
0.37
0.28
kg
质量比 (钢:铝) 2.8:1 2.6:1 1.9:1 1.8:1 1.6:1 1.4:1 2.1:1 1.3:1
非常小的变形
车身边梁、横 梁
边梁、车轮
高的弹性模量值 高的疲劳强度
P=tE
n D
(1/ED=1/E+1/Es)
σ w∝σ b
的2/3，采用镁制造汽 车零件的轻量化效果 更胜于铝，它可在铝
b.除高强度钢和超高强度钢以
以铝制件代替钢件后减轻的质量 减重基础上再减轻15%~20% 。一
外，结构钢、高强度不锈钢、高强 见表3。从表3可得出，汽车每使用 是它的质量轻, 是所有结构材料中
（1）轻量化成形工艺 采用轻结构设计与创新制造工艺 是相辅相成的，主要通过自主开发 与轻量化结构相适应的成形工艺与 模具技术，还有汽车用高强度钢、 铝合金、镁合金、塑料等先进加工 工艺。 目前的轻量化成形工艺技术，在 金属材料方面，剪裁拼接、激光拼 焊板、液压成形、发泡铝成形、涂 装、零件轧制、半固态金属加工、 喷射成形等新技术将推动汽车轻量 化发展；在塑料和复合材料方面， 推广塑料/金属复合材料、低压反映 注射成型、气体辅助注射成型等技 术以满足汽车轻量化。其中，液压 成形及泡沫铝工艺在汽车轻量化中 越来越得到广泛应用。 a.管件液压成形技术是用来制造 空心轻体构件的制造技术，工艺过 程见图2。金属件主要采用液压成形 中的内高压成形技术,见图3。内高 压成形件具有质量轻、刚度好等优 点。而且碳钢、不锈钢、铝合金、 钛合金、铜合金及镍合金等都可用 该技术成形,原则上适用于冷成形 的材料均适用于内高压成形工艺。 液压成形通过简化模具，减少零件 数，一次成形中空复杂零件来促进 汽车零部件轻量化。
量，使部件薄壁化、中空 研究常用汽车零部件模块化设计数
化、小形化、复合化，对 据库及模块化方案，常用和典型模
图2 管件液压成形技术
内饰、发动机及汽车底 块的参数化设计等，建立模块化设 盘等所有汽车零部件进行 计知识库和专家系统。