作者簡介：孫飛豹（1959—），男，沈陽工學院，副教授，高級工程師，研究方向；車輛工程。

摘 要：該文基于我國十二五發(fā)展新能源汽車科技發(fā)展規(guī)劃、對目前純電動汽車車身輕量化設計進行了論述、主要針對對國內(nèi)純電動汽車應用新材料，新工藝問題進行了對比分析。

關鍵詞：車身輕量化；鎂合金；復合材料

一、汽車車身輕量化應用新材料

1.鋁合金

與普通低碳鋼鋼板相比，鋁合金具有密度?。?.7g/cm3）、比強度高、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好、易成形等優(yōu)點，而且由于所有的鋁合金都可以回收再生利用，深受環(huán)保人士的歡迎。

在工藝方面，根據(jù)車身結(jié)構(gòu)設計的需要，可以采用激光束壓合成型，將不同厚度的鋁板或者用鋁板與鋼板復合成型，再在表面涂覆防腐蝕材料使其結(jié)構(gòu)輕量化且具有良好的耐腐蝕性。

鋁合金已成為僅次于鋼材的汽車用金屬材料，能夠為汽車提供各種鋁合金鑄件、沖壓結(jié)構(gòu)件和拉制的鋁型材。鋁合金主要用于制造發(fā)動機缸體、活塞、進氣支管、氣缸蓋、變速器殼體、矯車的骨架、車身、座椅支架、車輪等部件。

輕質(zhì)的鋁合金車身使車體質(zhì)量大大減輕，與相同體積的鋼鐵相比，質(zhì)量可減輕30%-40%，這意味著更低的油耗和更佳的動力性能。此外，框架結(jié)構(gòu)還可以提高車體的安全性，保護車內(nèi)設施。我國鋁資源豐厚，作為國家戰(zhàn)略，應該全力研發(fā)并推廣輕質(zhì)鋁合金在電動汽車車身及底盤上的應用，降低對鐵礦石資源的依賴。

2.鎂合金

鎂的密度為1.8g/cm3，僅為鋼材密度的35%，鋁材密度的66%。此外它的比強度、比剛度高，阻尼性、導熱性好，電磁屏蔽能力強，尺寸穩(wěn)定性好，因此在航空工業(yè)和汽車工業(yè)中得到了廣泛的應用。鎂的儲藏量十分豐富，鎂可從石棉、白云石、滑石中提取，特別是海水的鹽分中含3.7%的鎂。近年來鎂合金在世界范圍內(nèi)的增長率高達20%。

鑄造鎂合金的車門由成型鋁材制成的門框和耐碰撞的鎂合金骨架、內(nèi)板組成。另一種鎂合金制成的車門，它由內(nèi)外車門板和中間蜂窩狀加強筋構(gòu)成，每扇門的凈質(zhì)量比傳統(tǒng)的鋼制車門輕10kg，且剛度極高。隨著壓鑄技術(shù)的進步，已可以制造出形狀復雜的薄壁鎂合金車身零件，如前、后擋板、儀表盤、方向盤等。

3.高強度纖維復合材料

復合材料是一種多相材料，是由有機高分子、無機非金屬和金屬等原材料復合而成。目前玻璃纖維增強樹脂復合材料和碳纖維增強樹脂復合材料在汽車上已經(jīng)獲得成功的應用。

玻璃纖維增強樹脂復合材料耐腐蝕、絕緣性好，特別是有良好的可塑性，對模具要求較低，對制造車身大型覆蓋件的模具加工工藝較簡易，生產(chǎn)周期短，成本較低。在矯車和客車上，采用玻璃纖維增強樹脂復合材料制造的矯車車身覆蓋件、客車前后圍覆蓋件和貨車駕駛室等零部件。

高強度纖維復合材料，特別是碳纖維復合材料（CFRP），因其質(zhì)量小，而且具有高強度、高剛性，有良好的耐蠕變與耐腐蝕性，因而是很有前途的汽車用輕量化材料。碳纖維車身比鋼質(zhì)車身可減輕50%的質(zhì)量，比鋁車身輕約30%。碳纖維作為汽車材料，質(zhì)量輕、強度大，質(zhì)量僅相當于鋼材的20%-30%，硬度卻是鋼材的10倍以上。汽車制造采用碳纖維材料可以使汽車的輕量化取得突破性進展，實現(xiàn)整車減重效果可以達到50%以上。

二、電動汽車的整車輕量化關鍵技術(shù)工藝

電動汽車車身輕量化的技術(shù)工藝重點應該放在新材料的應用及其結(jié)構(gòu)設計、模具設計和相應的工藝制造技術(shù)。其中輕量化新材料的成型和焊接工藝尤為突出。

（1）片狀膜成型（SMC）、樹脂轉(zhuǎn)移成型（RTM）、擠壓、注射、液態(tài)或半固態(tài)等新型成型工藝取代傳統(tǒng)沖壓工藝。這種工藝特點是產(chǎn)品的一致性好、效率高，但需要非常昂貴的設備與模具投入，整車產(chǎn)品投資在1億元人民幣左右。在一定程度上制約了新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（2）粘接、鉚接工藝取代傳統(tǒng)焊接工藝，它將汽車不同的沖壓件按要求精確定位在專用的的工裝夾具上，采用大功率的機器人焊接線拼焊成形，其一次性的設備、工裝投入僅次于涂裝工藝，在工廠面積、作業(yè)環(huán)境、操作安全方面都有規(guī)范要求。這種工藝特點是工藝復雜、投入大。電動汽車在采用輕量化材料和工藝后，必將帶來汽車車身設計制造的革命。

三、尾聲

綜上所述，目前純電動汽車汽車車身質(zhì)量的高起點和相對黑色金屬的高成本售價、在國家補貼政策的扶持下、已逐步被市場接受。如果采用上述輕質(zhì)材料必將推動新能源汽車的發(fā)展，也將推動電動汽車的推廣和應用。

在整車車身設計上立足以現(xiàn)有金屬材料為主，輔以輕質(zhì)復合材料過度。開發(fā)推廣應用先進的設計軟件，在關鍵結(jié)構(gòu)等部位，部分采用輕質(zhì)復合材料、已達到輕量化設計的目的。（作者單位：沈陽工學院）

參考文獻：

[1] 電動汽車科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃，中華人民共和國信息與工業(yè)化部，2012.3.4

[2] 新能源汽車人才走俏，汽車企業(yè)需求大，《職業(yè)經(jīng)理人周刊》，北京華美天驕國際投資管理顧問有限公司，作者：許建英，2011-3-22