孫瑞霞 楊碩

摘 要：汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施之一，對汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。鎂鋁合金的材料特點(diǎn)及性能優(yōu)勢使其成為當(dāng)今汽車輕量化的首選材料。本文主要闡述鎂鋁合金在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀及生產(chǎn)現(xiàn)狀，先進(jìn)的制造工藝。

關(guān)鍵詞：汽車輕量化；鎂合金；鋁合金；現(xiàn)代汽車

1前言

隨著社會發(fā)展以及人們對高品質(zhì)生活的追求，汽車已經(jīng)成為了現(xiàn)代化物流以及提高生活質(zhì)量的重要工具。而隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車產(chǎn)量和保有量也在逐年增加。自2000年以來，中國汽車工業(yè)迅速發(fā)展，汽車的產(chǎn)量迅速增加。2009年，中國汽車產(chǎn)銷量已達(dá)1364萬輛，產(chǎn)銷量均躍居世界第一。工信部發(fā)布的2014年全年汽車工經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況數(shù)據(jù)顯示，去年我國累計(jì)生產(chǎn)汽車2372.29萬輛，同比增長7.3%，銷售汽車2349.19萬輛，同比增長6.9%，產(chǎn)銷量保持世界第一。2014年年末全國民15447萬輛（包括三輪汽車和低速貨車972萬輛），比上年末增長12.4%，其中私人汽車保有量12584萬輛，增長15.5%。雖然汽車給人們出行帶來了方便，但是同時帶來了油耗、安全和環(huán)保這3個大問題[1]。從可持續(xù)發(fā)展的要求出發(fā)，汽車輕量化技術(shù)的研究已經(jīng)成為未來汽車發(fā)展的必然趨勢[2]。

2 汽車輕量化材料的應(yīng)用

2.1鋁合金在汽車上應(yīng)用

隨著鋁合金在汽車上的使用量不斷增加，一位美國的資深汽車工程師David Scholes對車用鋁合金的發(fā)展曾預(yù)言：未來鋁合金可能應(yīng)用到汽車上的每一個零件，并且質(zhì)量完全可能輕過塑料[3][4]。目前，車身有很大一部分部件都使用鋁材如發(fā)動機(jī)、熱交換器、車輪以及車身等，鋁合金以其自身的特點(diǎn)使零部件達(dá)到很好的重效果。

鋁合金鋼鐵相比，具有質(zhì)量輕、耐腐蝕性好、易于加工等特點(diǎn)，是應(yīng)用在汽車上相當(dāng)成熟的材料。目前的汽車鋁合金主要是鑄鋁、鍛鋁、鋁板。材料和鋁型材?？焖倌啼X合金粉末冶金鋁合金，新材料的開發(fā)，如超塑性鋁合金、鋁基復(fù)合材料和泡沫鋁材料鋁合金在汽車中的應(yīng)用和發(fā)展前景將進(jìn)一步擴(kuò)大。在目前的汽車鋁合金中，鑄造鋁占最重要的部分，約占鋁合金汽車80%。主要用于汽車各部分發(fā)動機(jī)零件、殼體類零件和底盤上的其他零件。

鋁是地殼中分布最廣而且是儲存最多的金屬之一。它有著很多的優(yōu)良特性。它輕便，還有著很高比高剛度和比強(qiáng)度，是汽車實(shí)現(xiàn)輕量化必要的金屬材料。鋁價錢比較低，獲取比較容易。可通過家里加工成各種型材和零件。其主要用于制造汽車的車身面板，散熱系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)件和裝飾件。車身板件用鋁合金，可以減少車身重量增加車身抗撞擊能力，對駕駛員有良好的保護(hù)性能。

2.2鎂合金在汽車上的應(yīng)用

鎂合金在汽車的應(yīng)用的發(fā)展很迅速，鎂合金具有密度小，比強(qiáng)度高，抗沖擊性能好，耐腐蝕，良好的加工性能，成為汽車輕量化最理想的材料，全球的汽車行業(yè)越來越注重汽車的輕量化，鎂、鋁等合金的應(yīng)用成為各汽車制造廠的首要目標(biāo)。鎂是目前工業(yè)應(yīng)用材料中最輕的一種金屬，鎂合金具有很高的比強(qiáng)度和比剛度，鎂資源豐富。鎂合金被公認(rèn)為當(dāng)今最有發(fā)展前景的汽車輕量化材料。1936年，大眾公司生產(chǎn)的“甲殼蟲”汽車，它的曲軸箱、傳動箱殼體采用了鎂合金。1982年，隨著鎂合金防腐蝕性能的提高和價格的降低，福特汽車公司再次將鎂合金用于離合器、變速箱、轉(zhuǎn)向性、制動系等零件上。

3汽車輕量化技術(shù)

3.1汽車輕量化技術(shù)概況

汽車輕量化技術(shù)可分為：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、輕量化材料和制造工藝。其中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面包括：尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化和多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化；輕質(zhì)材料的應(yīng)用包括：高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、塑料和復(fù)合材料；先進(jìn)的制造工藝包括：液壓成型和激光焊接。

對比汽車質(zhì)量的下降相比，汽車輕量化技術(shù)在不斷的發(fā)展，表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）輕質(zhì)性材料的使用正在增加。鋁合金，鎂合金，鈦合金，高強(qiáng)度鋼，塑料，粉末冶金，生態(tài)性復(fù)合材料和陶瓷的應(yīng)用也越來越多。

（2）零件的優(yōu)化不斷完善，如采用前輪驅(qū)動，高剛性結(jié)構(gòu)和超輕懸掛結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輕量化目的。還開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助集成技術(shù)和結(jié)構(gòu)分析技術(shù)。

（3）汽車的照明使得汽車制造業(yè)在成形方法和連接技術(shù)上不斷創(chuàng)新。

3.2液壓成型

液壓成型技術(shù)是典型的輕量化技術(shù)。相對于傳統(tǒng)的沖壓焊接工藝，液壓成型可以減少12%的成本，15%的設(shè)備成本。目前采用計(jì)算機(jī)為主要的技術(shù)手段，建立液壓成形液的數(shù)學(xué)模型為中心，采用人機(jī)相互結(jié)合，進(jìn)行汽車板料液壓成形的工藝技術(shù)的設(shè)計(jì)、計(jì)算、制造減壓、生產(chǎn)的過程，已經(jīng)連成一個有機(jī)的整體，使汽車板料的液壓成形的工藝技術(shù)進(jìn)入到推廣和綜合應(yīng)用的新階段。

目前使用的液壓成形汽車零件主要包括：

（1）懸掛系統(tǒng)零件：如前后副車架、發(fā)動機(jī)支架，前后橋，驅(qū)動橋殼，保險杠，梯形臂，牽引桿，控制臂，水平安定桿、從動連桿、轉(zhuǎn)向柱等。

（2）身體結(jié)構(gòu)部分：如屋頂橫梁，車頂縱梁，縱梁，擋風(fēng)玻璃支架，后縱梁，門檻梁，在梁的后面。

（3）發(fā)動機(jī)系統(tǒng)部件：如進(jìn)氣歧管、排氣歧管。軸、曲軸、三元催化轉(zhuǎn)換器，等等。

（4）支架，框架部件：如儀表板支架，散熱器支架，座椅框架等。

3.3熱處理強(qiáng)化

鎂鋁合金在鑄態(tài)下的力學(xué)性能不能滿足使用要求，通過人處理的方法可以提高零件的力學(xué)性能和應(yīng)用性能。熱處理強(qiáng)化分為以下方面：

（1）加強(qiáng)鑄件的力學(xué)性能，提高其可塑性。

（2）減少由于鑄件不均勻、冷卻過快所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

（3）穩(wěn)定鑄件尺寸和性能，防止高溫的影響發(fā)生相變產(chǎn)生體積膨脹現(xiàn)象。

熱處理能改善鎂鋁合金的力學(xué)性能，主要方法是淬火。鋁合金以獲得時效強(qiáng)化的前提條件是其中一個或多個元素的固溶度隨溫度降低。

3.4優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算力學(xué)和計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，美國通用汽車公司等汽車公司探討了將有限元法應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)的可行性。自2000年以來，CAI在汽車零部件和車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用?；贑AE分析的汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已被應(yīng)用并逐步發(fā)展成為汽車輕量級的首選。

3.5制造工藝

汽車的環(huán)保、能源、安全是汽車發(fā)展的三大課題?，F(xiàn)代化的汽車正在向輕量化、高速、安全、低成本及低排放與節(jié)能的方向發(fā)展。鎂鋁合金的加工材料具有密度小、比強(qiáng)度高、抗沖擊性能好、耐腐蝕、良好的加工成型性，成為實(shí)現(xiàn)輕量化最理想的材料。

4 結(jié)語

隨著輕量化材料技術(shù)，包括生產(chǎn)工藝、裝配、連接、材料性能的不斷發(fā)展和成熟。未來汽車的輕量化必然成為各國科技發(fā)展的一大目標(biāo)?；谖覈鴩?，汽車輕量化有很大的發(fā)展的前途。但是也存在不足之處，比如輕量化技術(shù)不純熟，不能達(dá)到行業(yè)日益增長的發(fā)展需要，而且鎂鋁合金的知道技術(shù)還不夠完善，不能完全發(fā)揮其效用。應(yīng)該加強(qiáng)這方面技術(shù)的質(zhì)量，以滿足發(fā)展需要。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉靜安.大力發(fā)展鋁合金零部件產(chǎn)業(yè)促進(jìn)汽車工業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程 [J].鋁加工，2005，（ 3） ： 8 -17

[2]陳一龍.汽車輕量化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及展望 [J].汽車工藝與材料，2012，（ 1） ： 1-4.

[3]Binghan Lora J A.Materials odyssey [J].Automotive Industries，2000，（ 10） ： 83 - 89.

[4]范子杰，桂進(jìn)良，蘇瑞意.汽車輕量化技術(shù)的研究與進(jìn)展.汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2014 年， 第 5 卷第 1 期.

（作者單位：黃河交通學(xué)院，河南 焦作 454950）