新能源汽车结构优化轻量化关键工艺分析

张鹏 刘颖

摘 要：随着社会经济快速发展，进一步促进汽车行业发展。汽车作为人们出行常用交通工具，在给人们生活带来方便快捷同时，其油耗排放问题也引起了人们高度重视。随着车辆数量逐渐增多，空气污染愈加严重。为减少汽车尾气排放对环境的污染，降低汽车能耗，使得新能源汽车向轻量化方向发展。基于此，文章以新能源汽车机构优化轻量化为重点，对轻量化关键工艺进行分析研究，实现汽车节能减排。

关键词：新能源汽车;结构;轻量化;关键工艺

Abstract： With the rapid development of social economy， further promote the development of automobile industry. As a common means of transportation for people to travel， automobile brings convenience and efficiency to people's life. At the same time， people attach great importance to the problem of fuel consumption and emission. With the increasing number of vehicles， air pollution is becoming more and more serious. In order to reduce the environmental pollution caused by automobile exhaust and reduce the energy consumption of automobile， the new energy vehicle is developing towards lightweight. Based on this， this paper focuses on the optimization and lightweight of new energy vehicle institutions， analyzes the key technologies of lightweight， and realizes the energy saving and emission reduction of vehicles.

前言

傳统汽车尾气排放量大、能源消耗大，严重污染了自然环境。因此，在汽车行业发展进程中，传统汽车向新能源汽车发展是必然趋势。由于新能源汽车排放量较少、能源消耗少，所以被广泛应用在汽车生产制造中。随着人们生活水平不断提高，汽车已经成为代步的重要交通工具[1]。虽然汽车给人们生活带来诸多便利，但是在使用汽车过程中产生的能源消耗也在不断增加。为最大程度实现节能减排，不断优化新能源汽车结构，实现汽车轻量化。

1 新能源汽车结构优化轻量化应用

新能源汽车具有消耗低、排放量少等优点，因此成为汽车行业研究重点。在《节能与新能源技术路线图》中明确指出，新能源汽车是汽车行业未来发展趋势。同时指出汽车轻量化关键工艺在新能源汽车发展中的重要地位。

1.1 高强度钢应用

高强度钢根据钢屈服强度不同，分为普通钢强度钢和先进高强度钢。在新能源汽车建造过程中，根据车身部位不同选择合适的高强度钢，提升高强度钢应用比例。这不仅能降低车身使用零件个数，还能降低车车身自量。其主要原因是因为高强度钢具有减薄钢板作用，从而减轻车身质量[2]。虽然减轻了汽车质量，但是并未降低车辆行使安全性。由此可见，在新能源汽车建造中应用高强度钢是最佳材料。

1.2 铝合金应用

铝合金是工业中应用最广泛的有色金属结构材料。其具有密度低、强度高、塑造性好、良好导电性、导热性和抗蚀性，在工业使用中仅次于钢。铝合金按加工方法不同分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金能承受较大压力，主要用于制造汽车零部件、发动机冷却系统散热器、压缩机机件等;铸造铝合金主要用于重力铸造件、低压铸造件、特种铸造件。据调查数据显示，特斯拉、马自达等汽车已实现铝合金全身覆盖，并采用特殊工艺完成铝合金与其他构间的连接，其他车辆白车身也逐渐应用铝合金材料，其中包括顶盖横梁、活塞、离合器壳、车轮等[3]。由此可见，在汽车行业发展中，将应用到越来越多的铝合金材料，且铝合金材料也是汽车轻量化重要使用材料之一。

1.3 热塑性材料和复合材料应用

热塑性材料是指具有加热软化、冷却硬化作用，主要用于制造汽车排气管。目前，很多大型汽车放置行李箱门也多采用热塑性材料。热塑性材料相较于其他材料，具有操作工艺简单、成本低、质量轻等特点，得到广泛应用。复合材料是指在生产制造汽车时，使用多种材料[4]。在汽车制造中，根据不同部位性能，使用多种材料。在复合材料中碳纤维复合具有较好物理特性：质量轻、强度高、耐热性好、易操作等特点，已经成为较为理想的汽车建造材料。据研究显示，制造汽车过程中应用碳纤维复合材料，至少减轻车身整体质量的40%-60%。且汽车使用零部件应用碳纤维复合材料，至少减轻钢材料零件的50%左右。但是由于碳纤维复合材料是一种高性能新型材料，材料原料较贵、生产工艺复杂，相较于其他材料而言价格相对较贵，所以应用有限。随着碳纤维复合材料生产工艺发展，生产的材料数量逐渐增多，价格也随着下降。在我国汽车制造业碳纤维复合材料制造工艺逐渐成熟进程中，在汽车制造中应用较多碳纤维复合材料。

1.4 新能源阻燃材料

新能源阻燃材料具有绝缘、加工简单、质量等优势，是汽车轻量化首选材料。动力电池外壳采用采用塑包铝方式，即玻纤阻燃尼龙与铝嵌注方式结合[5]。采用这种阻燃材料，可以减小制件壁厚，减轻壳体重量，且散热效果良好。在制作过程中，可一次注塑成型，冲击性能好，达到V-0级别阻燃。

2 新能源汽车结构优化轻量化存在问题

2.1 汽车制造复杂

新能源汽车制造零件、车身、发动机等需要多种材料。但是汽车的各项零件性能随着食用年限增加，会出现损耗，导致汽车不能充分发挥各项性能，进而影响汽车正常行驶。但是在我国，并未对零件性能做明确规定。当零件运行受阻时，汽车耗能将增大，无法实现新能源汽车低耗能目标。

2.2 轻量化材料应用

随着人们对环保意识的增强，在汽车制造业中轻量化材料应用较广。尽管在汽车发展进程中，明确指出轻量化材料在实现汽车轻量化的重要性，但是由于我国使用轻量化材料技术尚不成熟，还处在实制阶段。其主要原因是，还未对所有轻量化材料进行准确判断，不明确哪种材料最适合生产汽车哪个部件。并且我国并没有出台关于轻量化材料使用标准，所以在汽车制造过程中使用的轻量化材料还处在摸索阶段[6]。

2.3 没有汽车轻量化标准体系

虽然有相关文件指出汽车轻量化是汽车行业未来发展趋势，但是由于没有完整的汽车轻量化标准体系，导致汽车轻量化发展的实现受到阻碍。我国应积极响应汽车轻量化发展，根据汽车行业发展制定标准体系，促进汽车轻量化发展，提升汽车安全、舒适性能。

2.4 使用轻量化材料较少

目前，在汽车制造行业中，钢强度钢和低碳钢是汽车制造主要使用材料。由此可见，在汽车制造中使用轻量化材料较少。这将阻碍汽车轻量化发展，不利于实现节能减排目标。

2.5 汽车设计方式

现阶段，在汽车设计阶段，大部分汽车还是采用传统设计理念。并未引进先进设计理念，导致轻量化材料无法真正应用到汽车實际生产中，进而阻碍汽车轻量化发展。

3 新能源汽车结构优化轻量化关键工艺

3.1 内高压成型工艺

内高压成型技术是一种以管材为原料，以油液为传压介质的先进制造手段。此工艺主要是对管材施加超高压同时，对管孔处施加轴向推力进行补料。在外力作用下，让管材发生塑形变形，最终与模腔内壁贴合，使管材成为三维形状零件。内高压成型工艺主要包括三个阶段：①填充阶段。将管材放入模腔并合模，将两端在冲水情况下水平推入，形成密封。再使用预充液体将管材内部空气排出。②成型阶段。在给管材内部施加高压同时，让材料通过送料区进行推进补料。在压力和补料作用下使管材形成基本模具形状。如果设计的模具类型较为复杂，部分角度无法形成模具。③整形阶段。通过施加压力，让无法形成模具的角度完全贴合模腔，完成成型。内高压成型工艺相较于传统工艺而言，不仅能减轻零件质量，还能提高资源利用，避免材料浪费。在新能源汽车制造生产中常用于制造指导仪表板管梁、电池托架等。

3.2 热压成型工艺

热压成型工艺是最为常见的加工方法，主要是在加热后的模具上，注入材料，在压力作用下将材料固定在模具上，待材料成型后取出模型成品[7]。热压成型工艺包括三个阶段：①将材料放入加热好的模板中。②上模与下模向材料模板施加高压，在此过程中产生的气体通过通气管排出。③待成型模板冷却后，进行剪切成，形成最终成品。热压成型工艺相较于传统工艺而言，不仅能提升零件强度，还能提升减薄零件厚度，从而减少零件使用数量，减轻汽车质量。在新能源汽车制造生产中常用制造地板、车门防撞梁、前防撞梁等。

3.3 辊压成型工艺

辊压成型工艺是指材料随着辊轮转动，材料在辊轮碾压下成型。辊压成型工艺。主要包括三个阶段：①材料通过引料、送料机送到剪切对焊装置对材料进行处理。②使用压机、成型机进行辊压成型定型。③对定型后的模具进行冲孔、切边、压型等处理。在新能源汽车制造生产中常用制造门槛梁、车门窗框、防撞梁等。

4 新能源汽车结构优化设计方法

实现新能源汽车轻量化主要有三个途径：使用材料、生产工艺和优化汽车结构。通常情况下优化汽车结构，可通过减少材料和车重实现安全和性能要求。通过优化车身结构实现汽车轻量化是目前最为有效的途径。其中减少汽车车身、减少车架重量是减少汽车总重量的主要途径。此外，优化新能源汽车结构设计还从逆变器小型化、驱动电机小型化等方面进行考虑。逆变器小型化通过缩减体积大小，减少能量损害，从而减少发热损失。驱动电机小型化通过缩短线圈、降低线圈材料使用等方式，提高线圈利用率。

5 结语

综上所述，在社会经济发展中，汽车已经成为人们生活中必不可少的出行工具。随着汽车数量逐渐增多，对环境造成的恶劣影响，让人们不得不重视环境保护意识。因此在汽车行业发展中，汽车轻量化已成为未来发展趋势，只有不断完善轻量化体系、提升对轻量化材料认知，才能推进汽车轻量化发展。

参考文献

[1] 刘称意，谢小娟.浅谈新能源客车轻量化结构及生产工艺[J].汽车实用技术，2019，289（10）：28-29.

[2] 王子瑞.新能源汽车结构轻量化设计[J].内燃机与配件，2018，274 （22）：10-11.

[3] 马志国，刘朝中，李敏.应用结构轻量化自卸式汽车货箱优化设计[J].机械设计与制造，2018，334（12）：153-157.

[4] 周甘华，陈晨.新能源汽车内饰轻量化研究[J].时代汽车，2019， 305（02）：92-93.

[5] 周路菡.汽车轻量化：助新能源汽车极致表现[J].新经济导刊，2016， 239（04）：55-59.

[6] 杜弘.汽车轻量化材料及制造工艺分析[J].科技资讯，2017，057（28）： 101-102.

[7] 叶志伟，伍丽娜.分析专用汽车新能源与轻量化技术趋势[J].中国战略新兴产业，2017，041（24）：72.