轻量化材料在交通领域的发展

轻量化材料在汽车中的应用

摘要:分析了国际汽车轻量化发展现状，阐述了高强度钢、镁、铝、塑料及复合材料等轻量化材料在我国汽车轻量化中的发展和应用，介绍了内高压成型技术、管件液压成型技术和中空型结构等先进轻量化结构和工艺，提出我国生产汽车的小型化对策，展望了未来1 0 年我国汽车制造的轻量化发展之路。

关键词:汽车轻量化;材料轻量化;汽车小型化

引言:近些年，随着人们对环保、安全、效率和审美等方面要求的不断提高，专用汽车的个性化特点越来越明显。为了满足用户日益增长的个性化需求，专用汽车在个性化造型方面已显得尤为重要。另一方面，《汽车产业发展政策》和《在全国开展车辆超载、超限治理工作的实施方案》的出台，为加快专用汽车轻量化给予了政策支持和动力。因此，加强专用汽车在造型和轻量化设计方面的研究，对我国专用汽车企业提高自身的设计水平，保持较高竞争力是至关重要的。

1概述

1 . 1 汽车轻量化意义

降低能耗、减少环境污染以及节约有限资源是目前我国面临的一个十分重要而紧迫的课题，减轻汽车自重是提高汽车的燃油经济性、降低能耗、减少污染的重要措施之一。欧洲铝协公布的材料表明[ ，汽车重量每降低1 0 0 kg，每百公里可节约0 . 6 L 燃油;大量使用铝合金的汽车，平均每辆汽车可降低重量3 0 0 k g( 从1400 k g到11 0 0 k g ) [1]，寿命期内排放可降低2 0 %.从驾驶方面来讲，汽车轻量化后，加速性提高，稳定性、噪音、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，当发生碰撞时，塑性材料对人的冲击小得多，所以更加安全。因此，汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放、实现我国汽车工业可持续发展战略具有十分积极的意义[2]。由于铸件占汽车零部件的比重很大，所以，追求汽车轻量化，铸造业大有作为。

1 .

2 汽车轻量化内涵

汽车轻量化的内涵，首先应保持汽车原有的性能不受影响，既要有目标地减轻汽车自身的重量，又要保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗震性以及舒适性，同时使汽车本身的造价不被提高，避免给用户造成经济上的压力。

2 轻量化材料的应用

2. 1高强度钢板在车身上的应用

目前，实现车身结构轻量化主要有两个途径：一是采用合理的结构设计来优化汽车框架结构；二是在车身制造上采用轻质材料，这是目前车身轻量化的主流针对规模化生产的需要，有很多种轻质材料已应用于车身制造业中，如高强度钢铝镁合金和塑料复合材料等等国际上把屈服强度在210 550N/mm2范围内的钢板称为高强度钢板[3]；屈服强度大于550N/mm2的钢板称为超高强度钢板根据强化机理不同又把高强度钢板分为普通高强度钢板和先进高强度钢板（AHSS）与其它轻量化材料相比，高强度钢板具有以下优点：可减轻零件质量，延长零件的使用寿命；可提高整车碰撞安全性；可提高零件外观质量；可减少零件数量，降低车身制造成本；可提高车身疲劳强度；单位质量价格低经济性好，回收率高高强度汽车钢板除基本力学性能外，其综合成型性能越来越受重视，这些性能主要包括成型极限回弹性扩孔性能和弯曲性能等零件的刚性与材料强度有关，在声源恒定时，整车刚性好振幅小噪声低，应用高强度钢板制造车身，由于零件形状不变，板厚度减薄，整车噪声反而降低，其原因是钢板强度高，零件强度增加，发生振动时起始应力提高，振动相对受阻，因此噪声低表 1 为奇瑞公司采用高强度钢板后轻量化的实验结果近两年面市的轿车中，高强度钢超高强度钢的使用量比例达到50% 70%，甚至达到70%以上.[4]

高强度钢板已在汽车行业中得到广泛应用，随着我国汽车行业的深入发展，采用高强度钢板将是减轻汽车质量节约能源提高安全性等最有效和最经济的方法之一。

2. 2 铝镁合金在车身上的应用

铝镁合金在汽车车身上的应用近年来越来越广泛，已经成为车身材料轻量化的重要组成部分

铝合金在车身上的应用铝合金轿车车身制造工艺（简称工艺）是一种加工铝合金薄板复工件的连续工艺，汽车厂利用现有冲制钢板车身的生产线即可制造铝合金车身系统用传统的冲制工艺将带材冲压成车身板，由机器人将车身板胶粘成车身组合块，最终由点焊或机械连接将车身组合块组装成整车车身。系统生产的汽车除了质量轻能耗低安全性好和变速反应快等优点外还有如下特点：车身

组合块由强力树脂胶粘结而成；系统既用胶粘又用焊接组装，因此刚度很高；系统生产的汽车质量轻刚度高，行驶性能好，噪声低；工艺适合于大规模的汽车生产线[5]。

镁合金在汽车中使用具有以下优势：其是常用金属中最轻的金属；比强度高；热传导性好；易于机械加工；对振动冲击的吸收性能好；抗凹陷性能好；具有良好的焊接和铸造性能；易于回收再生利用.[6]目前，镁合金在汽车车身零件上也得到了广泛应用，如仪表盘基座风扇架座位框架方向盘轴灯托架和灯罩等.

2. 3复合材料在车身上的应用

塑料复合材料具有以下优点：质量轻，密度低；加工性能好，生产效率高，制造成本低；可设计性强，手感好，适合于作车辆的各种内饰件；容易实现零部件的一体化，[7]可大大减少一些部件或总成的零件数量，减少部件的加工工序，降低部件生产成本，并可提升部件的性能；耐冲击，具有较强的撞吸性能；抗蚀性能优良；投资少，见效快汽车车身采用塑料材料具有质量轻易于加工防锈和防腐蚀等特点，目前汽车的保险杠几乎都是塑料件汽车塑料主要用作内外装饰件等，内装饰件的应用特点是安全环保和舒适，其主要制件有仪表板车门内板副仪表板顶后侧围板地毯杂物箱盖座椅及各类护板等；外装饰件的应用特点是以塑代钢，减轻汽车自重，主要制件有保险杠散热器格栅塑料灯具侧后围护板挡泥板车轮罩导流板前后翼子板举升门等。[8]

2. 4新结构和新技术在汽车车身材料轻量化中的应用

随着轻量化材料技术（包括生产工艺装配连接材料性能等）的不断发展和成熟，针对不同轻质材料的不同性能，可进行多材料混合结构的设计，即同一部件的组成零件可由不同材料制造，以实现所用的材料与零件功能达到最佳组合[9]，这已成为未来汽车设计的发展方向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成型液压成型发泡铝成型涂装零件轧制半固态金属加工喷射成型等新技术将推动汽车向轻量化发展。

3 轻量化材料发展方向与趋势

3. 1国际汽车用材料的发展现状与趋势

当前世界汽车材料技术发展的主要特征如下: