張斯程

摘 要：當(dāng)前汽車的保有量不斷的增加，汽車產(chǎn)業(yè)不斷的壯大，為了提升競(jìng)爭(zhēng)力，汽車廠商不斷嘗試技術(shù)的創(chuàng)新。汽車底盤輕量化是當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)共同關(guān)注的話題，通過(guò)對(duì)底盤的輕量化，能夠降低車輛的重量，進(jìn)而降低油耗，提升車輛的舒適度。而隨著新材料和工藝的發(fā)展，越來(lái)越多的輕量化材料被研發(fā)，為實(shí)現(xiàn)汽車底盤輕量化奠定基礎(chǔ)。本文主要對(duì)汽車底盤輕量化材料以及具體的工藝進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：汽車底盤;輕量化材料;工藝

汽車當(dāng)前已經(jīng)成為人們出行中的重要交通工具，為人們的生活和出行帶來(lái)便利，但是同時(shí)也導(dǎo)致能源以及環(huán)境危機(jī)，隨著汽車保有量的增加，對(duì)環(huán)境和能源的威脅越大，因此當(dāng)前汽車廠商都在探尋降低汽車尾氣排放量的方式。而汽車油耗與汽車重量具有直接的關(guān)系，通過(guò)大量的調(diào)查分析可知，如果汽車重量降低10%，那么消耗的能量將會(huì)降低10%到15%。而汽車底盤重量占汽車總重量的30%以上，因此如果對(duì)底盤系統(tǒng)進(jìn)行輕量化對(duì)降低汽車油耗具有非常大的作用，此外還能夠提升汽車行駛的舒適度。

1 汽車底盤輕量化技術(shù)開展的方式

汽車底盤中涉及到的零件大部分都是安保件，所以對(duì)各零件的質(zhì)量要求高。在對(duì)汽車底盤進(jìn)行輕量化的過(guò)程中，需要對(duì)這些零件的結(jié)構(gòu)、材料以及工藝等進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新。對(duì)于汽車底盤結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化包括零件的尺寸、形狀以及空心件等方面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)底盤輕化的目的。在底盤零件的材料上主要可以采用兩種形式，其一為鋁合金或者鎂合金等材料替代傳統(tǒng)的鋼質(zhì)材料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減重的目的;其二，利用比傳統(tǒng)底盤鋼板強(qiáng)度更強(qiáng)的鋼制材料，提升底盤的功能性，降低鋼制結(jié)構(gòu)的使用數(shù)量，實(shí)現(xiàn)整體的減重效果。在汽車底盤工藝的優(yōu)化中，盡可能采用熱成形、液壓成形等方式，減輕底盤零件重量。

2 汽車輕量化與節(jié)能減排的關(guān)系

汽車行駛過(guò)程中，會(huì)由于突破空氣和運(yùn)動(dòng)的阻力消耗大量的功率，包括爬坡功率、輪胎滾動(dòng)功率、加速阻力以及空氣阻力等。而空氣阻力主要與車輛迎風(fēng)部分的面積以及車身的形狀具有直接的關(guān)系，同時(shí)與速度成正比，這部分阻力與車輛重量無(wú)關(guān)。但是爬坡、滾動(dòng)等方面的阻力則與車輛的質(zhì)量成正比例關(guān)系。因此降低車輛的重量對(duì)降低車輛的阻力，與減少能耗是密切相關(guān)的。通過(guò)鋁業(yè)協(xié)會(huì)的研究指出，如果車輛的重量減少10%，那么油耗就會(huì)減少7%左右，汽車油耗降低產(chǎn)生的排污量自然會(huì)減少。由此可見，降低汽車的重量是有效節(jié)能的重要措施，也是為環(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn)的舉措。所以當(dāng)前汽車制造廠家都開始在降低車輛重量方面加強(qiáng)研究。底盤作為車輛的重要部分也是降低重量的主要研究位置。

3 汽車底盤零件輕量化的具體措施

汽車底盤占總車身重的30%左右，因此要想降低汽車總重量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，需要從汽車底盤輕量化著手。汽車底盤的構(gòu)造復(fù)雜，零件結(jié)構(gòu)多，需要針對(duì)不同的部位采取不同的輕量化方式。通過(guò)輕質(zhì)材料的應(yīng)用以及工藝的改善等，降低車底盤各零件的重量，包括副車架、前下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、扭力梁、穩(wěn)定桿等部位。

3.1 副車架輕量化

汽車底盤副車架是對(duì)懸架系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等進(jìn)行連接和固定的零件，要求剛度和強(qiáng)度都必須要滿足要求。副車架的成形方式，主要為熱軋鋼板進(jìn)行沖壓焊接。由于底盤承載重量大，需要車架的模態(tài)性能高，在鋼板的選擇上，需要將鋼板的厚度控制在2毫米到3毫米。而要想使副車架的重量降低，實(shí)現(xiàn)底盤輕量化，當(dāng)前大部分國(guó)家在副車架的生產(chǎn)中會(huì)采用液壓成形技術(shù)以及合金的輕質(zhì)材料，在不影響車架質(zhì)量的情況下，降低副車架的整體重量。

利用低碳鋼或者高強(qiáng)度的低合金鋼進(jìn)行液壓成形，使用的傳力介質(zhì)為液體物質(zhì)，利用模具進(jìn)行工件加工。副車架通過(guò)液壓成形能夠大大提升減震效果，最大可以減輕30%左右，不僅有利于輕量化，而且可以有效減少底盤中應(yīng)用的零件數(shù)量。有利于對(duì)裝配工序以及焊接過(guò)程的壓縮，生產(chǎn)成本得到有效的控制，當(dāng)前在國(guó)外車輛的生產(chǎn)中已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。從材料方面來(lái)看，采用鋁合金材料，其本身具有良好的成形性，同時(shí)材料密度小，耐腐性強(qiáng)。鋁合金材質(zhì)的副車架在生產(chǎn)過(guò)程中可以采用多種工藝形式，當(dāng)前奔馳、寶馬以及奧迪等中高端汽車都逐漸使用合金材質(zhì)的副車架，車架輕量化效果能夠達(dá)到40%左右。

3.2 前下擺臂輕量化

傳統(tǒng)汽車底盤的前下擺臂主要采用的工藝方式為沖壓焊接，采用的材料主要為FB590＼SAPH440等強(qiáng)度較大的鋼，這些鋼制材料的厚度一般為3毫米以上，屈服強(qiáng)度都需要達(dá)到300MPa，對(duì)這些鋼制材料進(jìn)行焊接中，主要采用的焊接方式為二氧化碳和氬氣保護(hù)焊。而為了實(shí)現(xiàn)前下擺臂的輕量化，當(dāng)前已經(jīng)開始采用單片鋼板沖壓以及鍛造成形工藝形式。同時(shí)在材料的選擇上，采用比傳統(tǒng)鋼質(zhì)強(qiáng)度更高的材料，比如FB780或者CP800等，這種材料的屈服強(qiáng)度能夠達(dá)到600MPa.此外，還需要對(duì)結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行優(yōu)化，將傳統(tǒng)的雙片鋼板轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑳_壓成形鋼板，材料的厚度可以保持不變或者輕微增加，這種成形方式可以減少生產(chǎn)工序，降低生產(chǎn)成本。當(dāng)前下擺臂輕量化的車型非常多，包括日系車逍客、軒逸;美系車嘉年華;歐系車帕薩特等。

在材質(zhì)上采用鋁合金材料本身具有成形性強(qiáng)，密度低等優(yōu)勢(shì)，只從材料重量來(lái)看相對(duì)于傳統(tǒng)鋼制零件和材料會(huì)輕30%左右。但是由于鋁合金的造價(jià)高，因此一般的低端車型為了控制成本不會(huì)采用鋁合金材料，但是中高檔車型大部分都會(huì)采用鋁合金材質(zhì)。為了使前下擺臂的強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求，會(huì)采用鍛造鋁合金材料，最普遍的為6000系變形鋁合金，6061以及6082也是比較常見的型號(hào)。這種鋁合金材料的抗拉強(qiáng)度在350MPa左右。

3.3 轉(zhuǎn)向節(jié)輕量化

汽車底盤轉(zhuǎn)向節(jié)主要采用的工藝形式為合金鍛造或者球墨鑄鐵鍛造方式。最常用的材料主要包括40Cr.轉(zhuǎn)向節(jié)輕量化的主要方式同樣是利用鋁合金材質(zhì)替代傳統(tǒng)的鋼質(zhì)材料，一般輕量化作用能夠達(dá)到40%。鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)的工藝主要包括鍛造和鑄造兩種情況，對(duì)于后轉(zhuǎn)向節(jié)來(lái)說(shuō)，需要的零件連接更復(fù)雜，零件數(shù)量多，難以通過(guò)鍛造工藝完成，所以通常會(huì)采用鑄造工藝進(jìn)行。對(duì)于前轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)以及零件的生產(chǎn)和成形中，可以根據(jù)要求合理的選擇鑄造或者鍛造工藝形式。對(duì)于鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)來(lái)說(shuō)，整體造價(jià)不高，因此無(wú)論是中高端車還是低端車應(yīng)用都比較普遍。在鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)的成形工藝中鑄造方式主要有兩種，分別為重力鑄造和低壓鑄造，最常用的鑄造材料為ALSi7Mg.鍛造工藝與鑄造工藝選擇的鋁合金材料不同，主要為6082或者6061材質(zhì)。

3.4 扭力梁輕量化

一般低端的A級(jí)轎車后橋后采用扭力梁，大部分的扭力梁都是鋼板沖壓成形的，鋼板材料的厚度一般為4到7毫米。為了達(dá)到車輛的剛度要求，需要在扭力梁的內(nèi)部加裝穩(wěn)定桿，這種情況下會(huì)使扭力梁的重量大幅度增加。為了將扭力梁輕量化，可以采用封閉變截面管狀扭力梁。這種扭力梁一般采用熱成形、液壓成形以及鋼管沖壓成形的工藝，雖然工藝不同，但是從外形上卻無(wú)法進(jìn)行區(qū)分，一般鋼管的厚度控制在3毫米左右。相對(duì)于鋼板成形的扭力梁來(lái)說(shuō)，管狀扭力梁進(jìn)行輕化后，在重量上可以降低15%左右，而且采用封閉管狀結(jié)構(gòu)還有利于提升梁體的剛度，不需要再加裝穩(wěn)定桿，減少零件，降低成本。鋼管沖壓以及液壓成形中都需要采用強(qiáng)度高的熱軋鋼質(zhì)材料，并利用高頻電阻焊進(jìn)行焊接，主要的應(yīng)用材料包括S460MC、DP600等。為了使零件的強(qiáng)度滿足車輛對(duì)強(qiáng)度的要求，一些車型會(huì)選擇強(qiáng)度更大的材質(zhì)，比如DP800或CP800等。這些材料對(duì)焊接質(zhì)量要求也更高，大部分需要采用激光進(jìn)行焊接。

3.5 穩(wěn)定桿輕量化

傳統(tǒng)的汽車工藝中橫向穩(wěn)定桿都是實(shí)心結(jié)構(gòu)的，在生產(chǎn)工藝中需要將彈簧鋼棒進(jìn)行加熱，再進(jìn)行彎曲成形，主要應(yīng)用的材料為55CrV或者60Si2Mn鋼棒料。穩(wěn)定桿輕量化主要采用的方式為將傳統(tǒng)的實(shí)心穩(wěn)定桿技術(shù)轉(zhuǎn)化為空心穩(wěn)定桿技術(shù)，通過(guò)這種轉(zhuǎn)變可以達(dá)到輕量化的40%，但是采用空心穩(wěn)定桿必須要加大管的外徑，保證管的質(zhì)量。而這種情況下必然會(huì)導(dǎo)致周邊零件的空間被擠占，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須要考慮這方面的問(wèn)題。相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)心穩(wěn)定桿來(lái)說(shuō)，空心穩(wěn)定桿生產(chǎn)工藝存在很大的差別，在生產(chǎn)成形中不能采用加熱成形技術(shù)，而是需要在常溫的情況下對(duì)管進(jìn)行折彎成形，這種情況下可能會(huì)導(dǎo)致桿內(nèi)壁強(qiáng)度受到影響，因此需要針對(duì)管內(nèi)壁噴丸。

空心穩(wěn)定桿工藝中主要的材料可以分為兩種，分別為焊接管和無(wú)縫鋼管，其中焊接管中常用的為22MnB5，34MnB5等;而無(wú)縫鋼管主要應(yīng)用的材料為42CrMo等鋼質(zhì)材料。由于空心鋼管的強(qiáng)度相對(duì)于實(shí)心鋼管的強(qiáng)度來(lái)說(shuō)要有所減弱，因此對(duì)鋼管的性能要求更高，大部分空心穩(wěn)定桿材料都需要進(jìn)口。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及競(jìng)爭(zhēng)壓力的增大，汽車企業(yè)不斷的進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。在環(huán)保理念的要求下，逐漸向節(jié)能減排方向發(fā)展。而通過(guò)大量的研究表明，車輛的自重與耗能間具有正相關(guān)關(guān)系，因此要想降低汽車的耗能，必須要做好汽車的輕量化工作。汽車底盤在車輛總重中所占的比例非常大，因此加強(qiáng)對(duì)汽車底盤的輕量化是當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向。但是從我國(guó)自主品牌汽車底盤輕量化來(lái)看，還處于基礎(chǔ)階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家間差距比較大，因此還需要做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作，做好輕質(zhì)材料的使用以及工藝的控制。

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