汽车轻量化材料及制造工艺分析

杜弘

摘 要：随着科学技术的不断发展和进步，汽车设计更加注重安全、环保、智能等。本文主要从汽车轻量化研究作为切入点，分析了汽车轻量化所使用的材料和特点，简单阐述汽车轻量化所涉及到的主要技术，以期为实现汽车轻量化目标提供有益的参考。

关键词：汽车轻量化材料 制造工艺 分析

中图分类号：U643.02 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（a）-0095-02

随着科学技术不断地发展和进步，带动了汽车工业的不断发展。由于人们生活水平的提高，对于物质上的需求更加迫切。汽车作为物质生活的一部分，起到方便出行的作用，在日常生活生产中具有重要的作用和意义。随着汽车在现实生活中的不断普及，带来的环保性问题、节能型问题、安全性问题等越来越明显。在这种情况下，汽车的轻量化研究越来越受到人们的重视，不仅有助于控制污染物的排放，还有助于提升汽车使用性能和安全性能，对于汽车的发展和进步有着重要的意义。

1 汽车轻量化研究和分析

1.1 汽车轻量化研究

汽车轻量化研究作为现代汽车研究的重要课题，并不是单纯地将汽车体型进行相应的简化。首先，在进行轻量化研究的过程中，要保持汽车原有的性能不受到相应的影响和破坏，适度地、有目的地减少汽车相应的重量。其次，还应该充分考虑汽车正常行驶的安全性、耐磨性、耐震性、舒适性，保证汽车本身的造价有所减少或维持不变的状态，避免给客户带来相应的经济负担。汽车轻量化技术作为一种全新技术，主要是由汽车结构的合理设计和轻量化材料的使用两个部分组成。汽车结构设计轻量化技术是保证汽车现代化结构的主要技术，不仅注重外形，更注重性能。在现阶段，结构设计的轻量化一般采用前轮驱动、高刚性结构、超悬架结构等来达到相应的轻量化目的。在用材方面可以运用材料替代或者采用新材料以便达到汽车轻量化的目的和要求。

1.2 汽车轻量化取决于汽车材料

减少汽车白车身重量不仅有助于减少汽车的总体重量，还有助于降低发动机的发电功率。要实现汽车轻量化的目的，首先就要在汽车制造材料找到相应的突破口，具体而言，所采用的材料主要有一下几种：第一种，使用密度小、强度高的轻质材料，例如铝镁合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等。第二种，使用同密度、同弹性模量而且工艺性能比较好的界面厚度较薄的高强度钢。第三种，使用基于新材料加工技术得而形成的轻量化结构用材，如金属基复合材料板、激光焊接板材等。

2 汽车轻量化材料

随着汽车工业的不断发展和进步，实现现代化的汽车轻量化，保证汽车设计的安全性能一直以来是汽车领域的重要问题。要促进现代汽车轻量化发展，必须要采用轻质化、高性能替代材料和新成型工艺，使汽车设计更加符合现代化的要求。在汽车领域中，除去外常见新型高强度钢、轻合金材料等材料之外，本文主要介绍在汽车领域中最新使用比较频繁的材料。

第一种是纤维增强材料。纤维增强材料数要是由如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强纤维材料，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。树脂基体多种多样，主要包括PP、PA6、PA66、PBT等，具有比强度高、比模量大、设计性强、抗腐蚀性好、耐久性好等特点，主要用在汽车前段模板、护板、托盘、支架等位置，保持产品成型稳定性和结构强度，以塑代钢为汽车减重，在汽车改进过程中具有划时代的意义。

第二种是低密度PP材料。PP是所有合成树脂中密度最小的，仅为0.90～0.91g/cm3，拉伸强度和刚性都比较好，但冲击强度较差，特别是低温时耐冲击性差。此外，如果制品成型时存在取向或应力，冲击强度也会显著降低。虽然抗冲击强度差，但经过填充或增强等改性后其机械性能在许多领域可与成本较高的工程塑料相竞争。若是在汽车轻量化设计的过程中，運用低密度PP材料，具有较低密度、较高弯曲模量和高冲击强度等特点，运用在汽车保险杆、仪表板、门板等部件具有显著的减重效果，其耐刮擦性能和着色性能更佳。

第三种是工程塑料。工程塑料具有质轻、防锈、吸震、可设计自由大等特点，运用在汽车零部件、内饰部件具有显著效果。随着现代汽车研究的不断加深，工程塑料在汽车上的用量越来越普遍，甚至超过了铸铁的用量。很多塑料零件应用于车身上，比如大众系的车子都采用了塑料的前端水箱框架，有些车子有塑料的后地板等等。

第四种是低VOC绿色环保材料。在传统的汽车材料中，运用在汽车内饰部件的挥发性有机化合物，简称为“VOC”，是影响车内空气质量的主要原因之一。这种物质带有强烈的挥发性能，主要是由烷烃、烯烃、芳烃、乙醛或酮类等物质组成，沸点通常在50℃～260℃的范围之内。一旦汽车内部的温度过高，这些物质就会挥发形成雾翳并凝结在前挡风玻璃上，直接阻碍驾驶人员的视线。同时，这些物质还能产生异味，导致人出现头晕目眩、干咳不适、过敏严重等不良反应，对驾驶人员的身体健康造成严重损坏。低VOC材料是通过使用高纯度、高热氧稳定的添加剂，采用合适的工艺减少聚合物和助剂的降解，使用真空、添加剂吸附等手段实现低VOC，对于改善汽车室内环境显得尤为重要。

3 汽车轻量化制造工艺

3.1 激光焊接技术制造工艺

在汽车零件部件设计的过程中，可以使用激光焊接技术进行轻量化处理，针对底板、侧围、尾门内板等部位进行处理，可以有效地对不同强度、厚度的高强度钢板进行有效地焊接，保证不同焊接之间的整体性，从而提升材料的使用效率，减少相应的浪费。这种焊接技术具有以下几点优势：第一，是将不同强度、厚度的高强度钢板进行无缝焊接，从而有效地减少汽车的重量，提升车身强度，从而改善整个车辆的性能。第二，改善了以往的加工流程，减少了模具使用数量，降低生产成本。第三，突出工艺特性，强化耐腐蚀性效果。随着时代的发展和科学技术的进步，激光焊接技术也发生巨大变化，但是在运用的过程中，仍是会存在一系列的问题，所以重视激光焊接技术的研究和分析，对于实现汽车轻量化的目标具有显著效果。

3.2 热成型技术制造工艺

在汽车的制造过程中，汽车轻量化研究很大程度上离不开热成型技术，对加强板制造、横梁零件制作都有着直接的影响。这种技术的主要流程为钢板加热—形成奥氏体状态—深加工，如此才能实现轻量化材料成型设计，保证汽车零件具有高性能，避免碰撞、冲击等情况而导致汽车部件过度变形，影响汽车的实际运用。

4 结语

在现实生活中，节能环保、安全舒适、智能通信已经是汽车技术发展的重要趋势，更是汽车可持续发展关键所在。随着人们对环境重视度的加强，对于汽车高性能、高环保、高安全的研究已经是当下重要问题。降低汽车自重是汽车降低燃耗、减少排放的有效可行方式之一。要实现汽车的轻量化设计，就要注重高强度钢、轻质材料、复合材料、工程塑料等材料的运用，再运用现代化的制造工艺，从而完美实现汽车的轻量化目标。

参考文献

[1] 王小超，宋彬.汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J]. 工业B，2015（5）：286-287.

[2] 郭玉琴，朱新峰，杨艳，等.汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J].锻压技术，2015，40（3）.

[3] 张磊.汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J].科技展望，2017，27（3）：125-126.

[4] 刘磊.研究汽车轻量化材料及制造工艺[J].工程技术：全文版，2016，44（11）：3.

[5] 陈进.汽车轻量化材料及制造工艺研究浅析[J].中国市场，2016，2（41）：40-42.endprint