汽车轻量化设计研究

刘彬 安娜

摘 要：企业产业发展的主要方向就是汽车轻量化，也是一个汽车厂商是否拥有先进技术的主要标志。我国汽车制造业很早已经把轻量化作为发展课题，如今面对逐渐提高的环保要求以及不断上涨的原材料价格，积极发展汽车灯具轻量化已经显得至关重要。文章主要分析了汽车轻量化设计的现状和意义，汽车灯具轻量化设计应用，汽车轻量化技术的应用前景。

关键词：汽车轻量化；设计；发展

1 汽车轻量化设计的现状和意义

在世界经济领域与人们现实生活中企业的地位毋庸置疑，其发展的重要方向是舒适、安全、低成本、节能和智能化等，随着不断提高的社会文明程度以及日益紧张的不可再生资源，最大程度降低材料用量以及控制尾气污染，这些都是汽车行业需要面对的挑战。相关资料表示，每次减少10%的汽车质量，可以节省6-8%的油耗。世界主要汽车生产国都在严格执行排放标准。我国北京也把汽车尾气排放强制执行欧洲三级标准。

控制节省车体质量，也就是轻量化设计这一主要问题，不仅可以减少材料消耗，还可以降低排放尾气量，这已经成为全球汽车行业的共识，已经得到了巨大的成绩。同时加入WTO以后，对轻量化设计的大量应用，提高了我国汽车综合水平，成功接轨于世界标准，对于提升我国汽车行业国际竞争起到重要作用。

2 汽车灯具轻量化设计应用

2.1 替代材料

20世纪80年代，由于能源危机造成的影响，日本提出了汽车轻量化设计，设计出对能耗与原材料有效节省的新车型。汽车灯具选择注塑材料制作，提出了与灯具大型注塑件相适合的制造技术，有效节省了手工操作所需的成本，进一步提升了企业灯具轻量化设计水平。车灯具体能够划分为前照灯、后车灯、转向灯、雾灯等。PC由于具有较强的抗冲击能力要相当于250倍的无机玻璃，相当于30倍的聚甲基丙烯酸甲酯板材，最早代替剥离在前灯外罩中应用，由于利用PC制作外罩，造成灯体利用改性聚丙烯，灯罩与灯体一般利用粘胶粘接式进行装配。此外，车灯造型中装饰功能是主要部分，PC拥有极好的光学与着色性能，可以制作车内装饰条对车灯进行点缀和装饰。一般利用透明有色的PC制作装饰条，可以选择辅助喷底漆突出其颜色，也可以同构镀铝方式对金属色积极改变和装饰；装饰圈通常利用镀铝方式改变金属色在照明灯外实施包嵌；灯具中反射镜是主要的零部件，从前都是利用压铸件镀铝进行制作，目前全部应用PC注塑镀铝，降低了质量，也对工艺进行了简化。灯具中一般是没有办法改变灯泡的发光颜色的，而指示灯全部是发出颜色的灯光，因此，利用内配光镜的颜色对整灯光颜色进行调整，通常有色透明PC的颜色包括红、黄、绿和蓝。

（1）透明有色聚碳酸酯

由于光源颜色调整与装饰的要求，采取聚碳酸酯可以着色的优点，生产材料厂家按照用户的需求可以直接在生产中添加颜色以及一些添加剂等，制作透明有色的PC料。在这些透明有色的PC料中，最重要的是色母料的耐热性。

（2）聚碳酸酯表面处理

PC塑件的表面较为坚脆，尤其是透明件，当其沾上大量灰尘，即便是通过静电布搽拭，轻易就划伤配光镜表明，进一步对整个灯具的外观造成影响。通常PC作为灯具外的表面零件时，要处理产品表面之后使用。当前具体是利用表面有机硅耐磨涂层的方法进行处理。从前灯具中的反射镜或者饰圈等零件都是采用金属件实施电镀或者镀铝，金属件质量较重，加工较为复杂，成本很高。目前代替使用PC注塑件，工艺成型便捷，可以加工出较为复杂的形状，通过镀铝工艺得到的拥有金属光亮的表面，质量较轻。在工程塑料中，PC基材表面和铝层之间形成了很好的附着力。PC镀铝的主要工艺是在真空中蒸发金属纯铝，使其在被涂覆的物体上沉积，也可以称为真空镀铝。汽车灯具镀铝的零件基本包括灯体、反射饰圈，在灯具中安装发挥了反射和折射功能。

2.2 工艺手段结合结构优化

在设计密封结构时应用工艺手段结合结构优化，要对配光镜和灯壳的密封粘结方式进行确定。当前汽车配光镜和灯壳之间主要采取热熔胶粘接、冷硅胶粘接、PU胶粘接、热板焊接、摩擦焊接等方式进行。例如前组合灯和后组合灯。当前前组合灯采取的粘接方法具体包括热熔胶粘接、冷硅胶粘接、PU胶粘接。由于前组合灯一般使用的材料为配光镜PC和灯壳PP，这两种材料不能实施热板焊接、摩擦焊接，所以不适合通过这两种方式进行玻璃焊接。对于小面积产品适合利用超声波焊接，例如侧转向灯等。

2.3 灯具零部件之间等寿命设计

在传统的设计过程中，考虑灯具系统和各零部件之间的等寿命设计并不充分。按照相关的要求，不同灯具零件出现了不一样的安全系数。通常在整车寿命的前提下，各个灯具零件之间形成了较大寿命差异。损坏了一个零件，另一个零件却完好无损，进一步形成浪费。可以联系可靠性与耐久性试验得到的数据，对灯具部件的疲劳强度有效考核，实行寿命设计。在整车寿命要求下，对安全系数积极调整。除了易损件之外，其他零部件的寿命也近似于相同的数值，防止了一些灯具零部件不必要的长寿命，进一步降低了耗材，减轻了重量。此外，在目前汽车电子电气所占比例逐渐加重的情况下，可以利用功能优化，通过各种方式完成相同的功能，进而达到以电子化替代机械功能的目的，最终可以有效减少机械零件，减轻重量。

3 汽车轻量化技术的应用前景

轻量化技术的发展始终联系材料的应用而开展，各国为此利用了很多方法：美国PNGV计划决定选择包括高强度钢铝合金、镁合金以及复合塑料材料进一步完成汽车轻量化设计，同时重点突出了扩大轻质材料的重要意义；国际钢铁协会考虑了很多因素，吸收了很过国家的著名钢铁企业与汽车行业参加，经历四年的时间，完成了减轻目标轿车白车自身重量20%；在ULSAB-AVC计划实施中，扩展轻量化目标到超轻刚悬架系统、发动机支架等构件，有效改善白车燃油效率，容易回收材料，有效降低成本并且实现大批量生产。

在安全、节能和环保等法规的影响下，以及在性能与成本等因素的限制下，预期汽车轻量化材料技术在未来的发展方向为：

（1）碳纤维、钛合金以及金属基符合材料有可能被作为新型轻量化材料。

（2）在轻量化材料技术的影响下，设计思路将会出现重要的突破。

（3）制造零部件技术依然是未来研究的关键。

4 结束语

当今汽车工业最为关键的研究方向是汽车轻量化的发展。尽可能降低汽车自重以及减少油耗，一般是通过对轻质材料的积极革新，研究快捷的先进制造工艺积极实现的。我国应当掌握内高压成型技术、半固态据合金成型技术和超高强度钢成型技术等先进的轻量化材料和成型技术，以及努力节省轻量化工艺成本，推动我国汽车轻量化技术发展。

参考文献

[1]冯美斌.汽车轻量化技术中新材料的发展及应用[J].汽车工程，2014（3）.

[2]王宇扬.多重挤压轻量化不再遥远[J].专用汽车，2013（4）.

作者简介：刘彬（1987，2-），男，籍贯：天津，职称：助理工程师，学历：本科，主要研究方向：汽车灯具零部件优化设计。