专用车轻量化设计分析及高强度钢板的应用

范宣锋

（中国重汽集团济南专用车有限公司 250000)

近年来，随着人们生活水平的提升，人们对环保的要求越来越高，对专用汽车的设计也要求越来越合理。为了切实满足人们的需求，专用汽车的设计应朝着轻量化发展，采用高强度钢板提升专用汽车的承载力，从而提升产品的竞争力。

1 专用汽车轻量化设计的重要性

车辆自身质量的减轻，在一定程度上可以减少能耗量。汽车在行驶时，发动机消耗的功率与汽车行驶的阻力有很大关系，汽车行驶中阻力的产生因素主要有空气阻力、滚动阻力、加速阻力和爬坡阻力等。空气阻力主要与车身的形状与迎风量有关，在车辆处于高速行驶的状态时，克服空气阻力所消耗的能量十分可观。滚动阻力、加速阻力和爬坡阻力与汽车的质量有很大关系，所以汽车质量的减轻，阻力也会减小，降低能耗量。专用汽车的轻量化设计除了可以降低能耗外，还能使车辆行驶更加稳定。在相同的功率下，轻量汽车的负荷较小，驾驶员在操纵汽车中稳定性得到保障[1]。

在汽车轻量化设计中，高强度钢板的强度大，适合进行车身的制造，并且密度小，符合专用汽车轻量化设计的初衷，在模具加工中也非常便捷，可以制造不同类型的车型。因此，高强钢的应用成为了重要发展方向。

2 高强度钢板在专用汽车中应用的现状和问题

对汽车采用高强度热轧板的生产情况分析中发现，在专用汽车生产中，高强度热轧板应用非常多，而且对钢板的强度也提出了非常明确的要求。我国在热轧板的生产上有了很大的突破，热轧生产线技术已经升级换代，并实现批量生产。但是，有个别的专用汽车采用冷轧板的方式，这些钢板只有少数生产高强度钢板的企业可以提供。高强度钢板的应用范围与国家治理超载的力度有很大联系，在一些治理超载成功的地区，专用汽车的轻量化设计也会更加成功。在一些工程作业类的专用汽车中，汽车运行的环境非常恶劣，对高强度钢板的要求也更加具体。

现在，我国不同的钢生产企业可以生产不同类型的高强度钢板，它们的功能看似相近，但是性能和适用范围却不同。小批量生产专用汽车需要的高强度钢板存在一定的难度，会导致钢板生产成本上升。在钢板材料切割、成型和焊接工艺中，如果缺乏经验，会导致钢板的强度下降[2]。

3 高强度钢板在专用汽车轻量化设计中的应用

3.1 切割和冲压工艺

一般来说，当高强度钢板的厚度不超过5 mm时，下料方式可以选用冷加工方式。如果高强度钢板的厚度在5～10 mm之间，下料时可以选择冷加工工艺， 也可以结合热切割工艺和结合数控等离子切割工艺。如果高强度钢板的厚度超过10 mm，那么下料时应该选择热切割工艺。如果对零部件的平整度要求非常高，还应该结合激光切割工艺。如果高强度钢板零部件的形状非常复杂，可以借助数控切割工艺。在高强度钢板加工中，对剪切工具和折弯工具的强度也提出了更高的要求。在冷加工和热加工实施中，一般先进行冷加工工序。如果先进行热加工工序，应该在切割完成后，将碎屑及时清理干净后再进行。

针对应力承受集中或者承受高强度荷载的部分，不能直接布置接头，要进行多次加工，防止对这个部位造成疲劳失效问题，有效防止连接强度不够的问题发生。辊压成型的效果非常理想，而且零部件的表面非常光滑，不会产生变形，生产效率也能得到保障。所以，在高强度钢板零部件加工时，可以充分采用辊压成形的方式，一般都是采用热辊压成形的方式。辊压成形工艺已经发展的很成熟了，可以进行封闭截面和变截面的生产[3]。

3.2 焊接工艺

对高强度钢板的焊接要求比普通钢板更高，在焊接中要对温度进行合理控制，也要合理选择焊材。高强度钢板在焊接前，应将钢板上异物清理干净，保持钢板表面干燥和清洁。高强度钢板在切割前要进行预热，防止切割过程中钢板开裂。由于钢板的原材料存在一定的差异，所以钢板中碳元素含量越高，那么预热的温度也应该越高。在高强度钢板切割时，应加大预热面积，并且预热要均匀，防止接触热源出现局部过热的情况。焊接中要严格按照焊接工艺进行，焊接完成后要进行焊接工艺试验。

在钢板焊接和切割手册中，高强度钢板要适度预热，并有效控制焊接层的温度，防止钢板在预热中发生裂缝。高强度钢板的合金元素

由于规格不同，会产生很大的差别，如钢板中碳含量越高，其所需要的预热和层间温度也就越高。随着高强度钢板强度和厚度的提升，在切割中出现裂缝的风险也就越大。高强度钢板在切割时，应采用不同的预热方式，增加预热面积，使截面受热均匀，防止接触面发生局部过热的情况。高强度钢板焊接工艺要严格遵循焊接工艺流程，针对强度不同的钢板，应该进行焊接工艺试验后再进行施工。

3.3 涂装工艺

高强度钢板在进行喷涂前，应先将表面污物清理干净，消除残余应力。在进行施工时，应结合喷涂工艺，采用喷枪喷涂，确保喷枪可以伸入零部件的缝隙中。同时分析钢板的冲压强度和硬度，结合焊接参数进行涂装。

3.4 冲压结构设计

高强度钢板强度和硬度的升高，会导致其延伸率下降，高强度钢板的剪切力随着强度的增加而增加，所以高强度钢板应该减小剪切，否则钢板在实验中会出现断裂风险。

3.5 焊接结构的设计

在焊缝布置环节中，应该有效避开应力集中部分。在高强度钢板自卸车厢设计中，应该节省加强筋的使用，车厢截面设计成圆滑的曲线，尽量避免棱角产生。为了有效防止设计缺陷，要减少或防止焊缝产生。在一些鹅颈纵梁和主纵梁过度部位设计时，应该借助带状加强版和大量下翼板进行连续焊接，在带状结构设计中，端部也可以设计成直线状。如果钢板的强度不够大，可以将端部设计成斜线或圆弧状，有效防止断裂情况的发生。

4 结束语

随着我国科学技术的发展，专用汽车市场已经非常完善，相关的技术也趋于成熟。面对激烈的竞争，我国专用汽车应该不断发展，创新理念，勇于尝试新技术，开发新工艺，将高强度钢板轻量化材料应用到专用车辆的设计中，从而为我国专用汽车树立良好的产品形象，提升我国专用汽车在国际上的竞争力。