強(qiáng)薇 王小林 葛平
摘要:在現(xiàn)實(shí)生活中,節(jié)能環(huán)保、安全舒適、智能通信已經(jīng)是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì),更是汽車(chē)可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵所在。隨著人們對(duì)環(huán)境重視度的加強(qiáng),對(duì)于汽車(chē)高性能、高環(huán)保、高安全的研究已經(jīng)是當(dāng)下重要問(wèn)題。降低汽車(chē)自重是汽車(chē)降低燃耗、減少排放的有效可行方式之一。要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化設(shè)計(jì),就要注重高強(qiáng)度鋼、輕質(zhì)材料、復(fù)合材料、工程塑料等材料的運(yùn)用,再運(yùn)用現(xiàn)代化的制造工藝,從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化目標(biāo)。
關(guān)鍵詞:汽車(chē)輕量化材料;制造工藝;研究現(xiàn)狀
1.汽車(chē)輕量化研究和分析
1.1汽車(chē)輕量化研究
汽車(chē)輕量化技術(shù)作為一種全新技術(shù),主要由汽車(chē)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和輕量化材料的使用兩個(gè)部分組成。汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕量化技術(shù)是保證汽車(chē)現(xiàn)代化結(jié)構(gòu)的主要技術(shù),不僅注重外形,更注重性能。在現(xiàn)階段,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輕量化一般采用前輪驅(qū)動(dòng)、高剛性結(jié)構(gòu)、超懸架結(jié)構(gòu)等來(lái)達(dá)到相應(yīng)的輕量化目的。在用材方面可以運(yùn)用輕量化材料替代或者采用新材料以便達(dá)到汽車(chē)輕量化的目的和要求。
1.2汽車(chē)輕量化取決于汽車(chē)材料
減少汽車(chē)的車(chē)身重量不僅有助于減少汽車(chē)的總體重量,還有助于降低發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電功率。要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化,首先要在汽車(chē)制造材料找到相應(yīng)的突破口,具體而言,所采用的材料主要有一下幾種:第一種,使用密度小、強(qiáng)度高的輕質(zhì)材料,例如鋁鎂合金、塑料聚合物、陶瓷材料等。第二種,使用同密度、同彈性模量而且工藝性能比較好的界面厚度較薄的高強(qiáng)度鋼。第三種,使用基于新材料加工技術(shù)而形成的輕量化結(jié)構(gòu)用材,如金屬基復(fù)合材料板、激光焊接板材等。
2.汽車(chē)輕量化材料
隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的汽車(chē)輕量化,保證汽車(chē)設(shè)計(jì)的安全性能一直以來(lái)是汽車(chē)領(lǐng)域的重要問(wèn)題。要促進(jìn)現(xiàn)代汽車(chē)輕量化發(fā)展,必須要采用輕質(zhì)化、高性能替代材料和新成型工藝,使汽車(chē)設(shè)計(jì)更加符合現(xiàn)代化的要求。在汽車(chē)領(lǐng)域中,除了常見(jiàn)的新型高強(qiáng)度鋼、輕合金材料等材料之外,本文主要介紹在汽車(chē)領(lǐng)域中最新使用比較頻繁的材料。第一種是纖維增強(qiáng)材料。纖維增強(qiáng)材料主要由玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等增強(qiáng)纖維材料,與基體材料經(jīng)過(guò)纏繞,模壓或拉擠等成型工藝而形成的復(fù)合材料。樹(shù)脂基體多種多樣,主要包括PP、PA6、PA66、PBT等,具有比強(qiáng)度高、比模量大、設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗腐蝕性好、耐久性好等特點(diǎn),主要用在汽車(chē)前段模板、護(hù)板、托盤(pán)、支架等位置,能保持產(chǎn)品成型穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,以塑代鋼,從而為汽車(chē)減重,在汽車(chē)改進(jìn)過(guò)程中具有劃時(shí)代的意義。第二種是低密度PP材料。PP是所有合成樹(shù)脂中密度最小的,僅為0.90~0.91g/cm,拉伸強(qiáng)度和剛性都比較好,但沖擊強(qiáng)度較差,特別是低溫時(shí)耐沖擊性差。此外,如果制品成型時(shí)存在取向或應(yīng)力,沖擊強(qiáng)度也會(huì)顯著降低。雖然抗沖擊強(qiáng)度差,但經(jīng)過(guò)填充或增強(qiáng)等改性后其機(jī)械性能在許多領(lǐng)域可與成本較高的工程塑料相競(jìng)爭(zhēng)。若是在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)的過(guò)程中,運(yùn)用低密度PP材料,具有較低密度、較高彎曲模量和高沖擊強(qiáng)度等特點(diǎn),運(yùn)用在汽車(chē)保險(xiǎn)桿、儀表板、門(mén)板等部件具有顯著的減重效果,其耐刮擦性能和著色性能更佳。第三種是工程塑料。工程塑料具有質(zhì)輕、防銹、吸震、可設(shè)計(jì)自由大等特點(diǎn),運(yùn)用在汽車(chē)零部件、內(nèi)飾部件具有顯著效果。隨著現(xiàn)代汽車(chē)研究的不斷加深,工程塑料在汽車(chē)上的用量越來(lái)越普遍,甚至超過(guò)了鑄鐵的用量。很多塑料零件應(yīng)用于車(chē)身上,比如大眾系的車(chē)子都采用了塑料的前端水箱框架,有些車(chē)子有塑料的后地板等等。第四種是低VOC綠色環(huán)保材料。在傳統(tǒng)的汽車(chē)材料中,運(yùn)用在汽車(chē)內(nèi)飾部件的揮發(fā)性有機(jī)化合物,簡(jiǎn)稱(chēng)為“VOC”,是影響車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的主要原因之一。這種物質(zhì)帶有強(qiáng)烈的揮發(fā)性,主要是由烷烴、烯烴、芳烴、乙醛或酮類(lèi)等物質(zhì)組成,沸點(diǎn)通常在50℃~260℃的范圍之內(nèi)。一旦汽車(chē)內(nèi)部的溫度過(guò)高,這些物質(zhì)就會(huì)揮發(fā)形成霧翳并凝結(jié)在前擋風(fēng)玻璃上,直接阻礙駕駛?cè)藛T的視線。同時(shí),這些物質(zhì)還能產(chǎn)生異味,導(dǎo)致人出現(xiàn)頭暈?zāi)垦?、干咳不適、過(guò)敏嚴(yán)重等不良反應(yīng),對(duì)駕駛?cè)藛T的身體健康造成嚴(yán)重?fù)p壞。低VOC材料是通過(guò)使用高純度、高熱氧穩(wěn)定的添加劑,采用合適的工藝減少聚合物和助劑的降解,使用真空、添加劑吸附等手段實(shí)現(xiàn)低VOC,對(duì)于改善汽車(chē)室內(nèi)環(huán)境顯得尤為重要。
3.先進(jìn)輕量化制造工藝
3.1激光拼焊板成型技術(shù)
對(duì)于汽車(chē)輕量化而言,激光拼焊板成型技術(shù)具有非常高的地位,汽車(chē)底板、側(cè)圍、尾門(mén)內(nèi)板、輪罩等各類(lèi)零部件的成型都無(wú)法離開(kāi)此種技術(shù)的應(yīng)用。此種技術(shù)于板材加工的過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)不同材質(zhì)及厚度鋼板焊接在一起的目的,可大幅度降低搭邊等各類(lèi)因素引發(fā)的資源浪費(fèi)問(wèn)題,提升了材料的使用率,所以被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)。激光拼焊板成型技術(shù)相比點(diǎn)焊等傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分明顯。第一,將不同厚度與不同材質(zhì)的材料焊接在一起的同時(shí)可以將其各自?xún)?yōu)勢(shì)充分發(fā)揮,進(jìn)而對(duì)車(chē)身的理學(xué)性能進(jìn)行改善,汽車(chē)強(qiáng)度大幅度提升的同時(shí)質(zhì)量減輕;第二,加工過(guò)程中所需的模具數(shù)量大量減少,進(jìn)而起到成本節(jié)約的目的;第三,降低了搭邊等各類(lèi)因素引發(fā)的材料浪費(fèi)問(wèn)題,材料利用率得到提升的同時(shí)優(yōu)化了零件結(jié)構(gòu)。
3.2熱成型技術(shù)
熱成型技術(shù)近些年來(lái)逐漸發(fā)展為汽車(chē)輕量化進(jìn)程推進(jìn)過(guò)程中不可缺少的一種技術(shù),在汽車(chē)衡量以及加強(qiáng)版等重要零件中應(yīng)用非常普遍。熱成型技術(shù)的原理是將鋼材加熱至奧氏體狀態(tài)后再進(jìn)行加工,此種方式可以對(duì)材料的成型性能進(jìn)行有效改善,其加工的零件無(wú)論是延展性還是強(qiáng)度都有一定程度的良性變化,不僅質(zhì)量更輕而且沖壓性能也更加理想。與傳統(tǒng)冷沖壓相比熱成型工藝具有眾多優(yōu)勢(shì):第一,回彈更小,可以大幅度提升加工零件的尺寸精度;第二,加工零件更薄,汽車(chē)重量大幅度降低;第三,塑性和延展性提升,可對(duì)更加復(fù)雜的零件進(jìn)行加工;第四,降低了板料的變形抗力,可在沖壓時(shí)降低沖壓機(jī)的噸位,進(jìn)而成本得以節(jié)省。
4.結(jié)語(yǔ)
綜上所述,時(shí)代的發(fā)展促進(jìn)了汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的不斷進(jìn)步,汽車(chē)制造的輕量化技術(shù)也在不斷成熟。在這個(gè)過(guò)程中,需要加大資金投入,開(kāi)發(fā)新型輕量化材料技術(shù),解決輕量化過(guò)程中的技術(shù)難題,并結(jié)合綠色節(jié)能及信息化技術(shù),促進(jìn)汽車(chē)輕量化的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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(作者單位:江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院)