汽车轻量化材料及制造工艺研究现状

强薇 王小林 葛平

摘要：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，从而实现汽车的轻量化目标。

关键词：汽车轻量化材料；制造工艺；研究现状

1.汽车轻量化研究和分析

1.1汽车轻量化研究

汽车轻量化技术作为一种全新技术，主要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轻量化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

减少汽车的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，首先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、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，除了常见的新型高强度钢、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。纤维增强材料主要由玻璃纤维、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，能保持产品成型稳定性和结构强度，以塑代钢，从而为汽车减重，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/cm，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應力，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，运用低密度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，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.先进轻量化制造工艺

3.1激光拼焊板成型技术

对于汽车轻量化而言，激光拼焊板成型技术具有非常高的地位，汽车底板、侧围、尾门内板、轮罩等各类零部件的成型都无法离开此种技术的应用。此种技术于板材加工的过程中可以实现不同材质及厚度钢板焊接在一起的目的，可大幅度降低搭边等各类因素引发的资源浪费问题，提升了材料的使用率，所以被广泛应用于制造业。激光拼焊板成型技术相比点焊等传统技术优势十分明显。第一，将不同厚度与不同材质的材料焊接在一起的同时可以将其各自优势充分发挥，进而对车身的理学性能进行改善，汽车强度大幅度提升的同时质量减轻；第二，加工过程中所需的模具数量大量减少，进而起到成本节约的目的；第三，降低了搭边等各类因素引发的材料浪费问题，材料利用率得到提升的同时优化了零件结构。

3.2热成型技术

热成型技术近些年来逐渐发展为汽车轻量化进程推进过程中不可缺少的一种技术，在汽车衡量以及加强版等重要零件中应用非常普遍。热成型技术的原理是将钢材加热至奥氏体状态后再进行加工，此种方式可以对材料的成型性能进行有效改善，其加工的零件无论是延展性还是强度都有一定程度的良性变化，不仅质量更轻而且冲压性能也更加理想。与传统冷冲压相比热成型工艺具有众多优势：第一，回弹更小，可以大幅度提升加工零件的尺寸精度；第二，加工零件更薄，汽车重量大幅度降低；第三，塑性和延展性提升，可对更加复杂的零件进行加工；第四，降低了板料的变形抗力，可在冲压时降低冲压机的吨位，进而成本得以节省。

4.结语

综上所述，时代的发展促进了汽车产业的不断进步，汽车制造的轻量化技术也在不断成熟。在这个过程中，需要加大资金投入，开发新型轻量化材料技术，解决轻量化过程中的技术难题，并结合绿色节能及信息化技术，促进汽车轻量化的发展。

参考文献

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

[2]郭玉琴，朱新峰，杨艳，熊倪.汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J].锻压技术，2015，40（03）：1-6.

（作者单位：江西交通职业技术学院）