胡越鵬

新疆維吾爾自治區(qū)汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站 新疆 烏魯木齊 830000

引言

節(jié)能、環(huán)保是現(xiàn)今全球共同努力的目標(biāo)，目的就是盡最大的努力保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及所剩無(wú)幾的可再生能源，這就促使了各個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新與改革。對(duì)于汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)汽車(chē)排放尾氣會(huì)對(duì)環(huán)境造成極強(qiáng)的污染，隨著節(jié)能、環(huán)保的全面推進(jìn)，節(jié)能減排是現(xiàn)今對(duì)汽車(chē)行業(yè)的基本要求。除了新能源汽車(chē)研發(fā)，汽車(chē)行業(yè)輕量化設(shè)計(jì)也能夠達(dá)到節(jié)能減排的目的。當(dāng)汽車(chē)的車(chē)體重量變輕之后，動(dòng)力性會(huì)顯著提升，對(duì)于燃料的消耗就會(huì)大幅度降低，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)不僅能夠節(jié)能減排，同時(shí)還能有效的縮短制動(dòng)距離，安全性大幅度提升。并且輕量化設(shè)計(jì)之后汽車(chē)產(chǎn)生的震動(dòng)以及噪音都相對(duì)較小，整體的穩(wěn)定性也會(huì)相對(duì)提升，基于這些優(yōu)勢(shì)，汽車(chē)車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)是現(xiàn)今汽車(chē)行業(yè)的研究重點(diǎn)，因此深入研究汽車(chē)車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)理念具有極高的現(xiàn)實(shí)意義。

1 汽車(chē)車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)理念

為了實(shí)現(xiàn)汽車(chē)車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)的目標(biāo)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候可以從兩個(gè)角度切入，一方面是在汽車(chē)設(shè)計(jì)初期就將輕量化設(shè)計(jì)理念融入其中，使得輕量化設(shè)計(jì)理念貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程之中，設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)新型的輕量化車(chē)身。另一方面則是對(duì)汽車(chē)現(xiàn)在的車(chē)身進(jìn)行優(yōu)化，基于輕量化的原則對(duì)車(chē)身進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)車(chē)身輕量化的目標(biāo)。設(shè)計(jì)者在盡可能滿(mǎn)足輕量化車(chē)身目標(biāo)的同時(shí)，也要保證車(chē)身高度、安全性等等滿(mǎn)足法律以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不能為了一味的追求輕量化而忽視其他結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，使得汽車(chē)車(chē)身整體的安全性較差，存在極大的安全隱患[1]。在設(shè)計(jì)輕量化車(chē)身的時(shí)候利用CAE技術(shù)對(duì)車(chē)身進(jìn)行優(yōu)化，在原車(chē)身的基礎(chǔ)之上進(jìn)行輕量化的改型，為了盡可能的降低改造成本，不到必要情況不對(duì)模具進(jìn)行修改，同時(shí)還要以車(chē)身結(jié)構(gòu)零件的厚度作為基礎(chǔ)變量而進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

2 汽車(chē)車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)應(yīng)用材料

2.1 輕質(zhì)材料

常用的輕質(zhì)材料主要有三種，即鋁及鋁合金、鎂及鎂臺(tái)金以及塑料及非金屬?gòu)?fù)合材料[2]。其中鋁及鋁合金的許多優(yōu)點(diǎn)都適用于汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)。在相同的力學(xué)性能之下，鋁比鋼減少質(zhì)量60%，并且鋁更容易回收。當(dāng)發(fā)生碰撞的時(shí)候，鋁對(duì)于能量的吸收也要遠(yuǎn)高于鋼。鋁合金材料是在鋁的基礎(chǔ)之上添加了鎂、硅等合金元素，以期進(jìn)一步強(qiáng)化鋁的強(qiáng)度，同時(shí)為汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)提供有效的依據(jù)。鎂的密度是鋁的2/3，汽車(chē)制造中應(yīng)用鎂可以使得車(chē)體的重量比鋁制更輕，減重可以達(dá)到15%～20%。鎂的優(yōu)勢(shì)主要有五個(gè)方面，第一，鎂的質(zhì)量更輕，在眾多結(jié)構(gòu)材料中，鎂的重量是最輕的。第二，鎂的強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于鋁合金和鋼，能夠承受更多的負(fù)荷以及沖擊力。第三，鎂具有極高的鑄造性以及穩(wěn)定性，不僅更容易加工，同時(shí)廢品率相對(duì)較低，進(jìn)一步降低生產(chǎn)升本。第四，鎂的阻尼系數(shù)相對(duì)較高，減震量元高于鋁合金和鋼。車(chē)殼使用鎂可以起到降低噪音的目的。座椅、輪圈應(yīng)用魅可以達(dá)到減少震動(dòng)的目的，以提高汽車(chē)的穩(wěn)定性以及安全性。第五，鎂屬于100%的可循環(huán)利用原料。塑料及非金屬?gòu)?fù)合材料是另一類(lèi)重要的非金屬車(chē)用輕質(zhì)材料，不僅可以減輕零部件40%的質(zhì)量，還能降低40%左右的采購(gòu)成本，基于這些原因塑料及非金屬?gòu)?fù)合材料在汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)中也得到了更為廣泛的應(yīng)用。

2.2 高強(qiáng)度鋼鐵材料

在ULSAB的定義當(dāng)中，高強(qiáng)度鋼指的就是屈服強(qiáng)度在201～550Mpa的鋼，屈服強(qiáng)度在550Mpa的剛被稱(chēng)為超強(qiáng)度鋼，更為先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的屈服強(qiáng)度介于高強(qiáng)度鋼以及超強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度范圍之內(nèi)。高強(qiáng)度鋼的主要特性在于低溫韌性先結(jié)果對(duì)良好，并且具有極強(qiáng)的成形性以及焊接性。最開(kāi)始汽車(chē)車(chē)身中使用的鋼只是普通的鋼鐵，隨著汽車(chē)行業(yè)以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，最初的鋼逐漸被高強(qiáng)度的鋼所代替，以此來(lái)提高汽車(chē)的性能與安全。不同的鋼板厚度，汽車(chē)的減重也各不相同。有相關(guān)研究證實(shí)，0.05mm、0.10mm以及0.15mm厚度的鋼板，汽車(chē)減重分別是6%，12%以及18%[3]。鋼板強(qiáng)度越強(qiáng)的鋼鐵鋼板厚度約小，由此也可以使得汽車(chē)車(chē)身越輕，為了實(shí)現(xiàn)汽車(chē)車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)，可以從增強(qiáng)鋼鐵強(qiáng)度的角度切入。但是鋼鐵的強(qiáng)度也要是以，強(qiáng)度過(guò)高的鋼鐵成形性相對(duì)較小，并且回彈也非常大，因此不能一味的追求高強(qiáng)度，要注重鋼鐵的整體特性。

3 結(jié)語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的目標(biāo)，除了對(duì)汽車(chē)的車(chē)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)意外，還可以采用更多的新型的材料。對(duì)于車(chē)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，當(dāng)汽車(chē)輕量化理念出現(xiàn)的時(shí)候，眾多研究學(xué)者就開(kāi)始針對(duì)車(chē)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化展開(kāi)深入研究，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究，不僅形成了相對(duì)成熟的研究體系，車(chē)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化也相對(duì)完善，改進(jìn)的空間相對(duì)狹窄，而在于新型材料應(yīng)用方面，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型的材料逐漸的被研發(fā)出來(lái)，并且應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)體的設(shè)計(jì)當(dāng)中，不僅開(kāi)拓了汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)的研究方向，同時(shí)能夠進(jìn)一步推動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展。輕量化材料的應(yīng)用對(duì)于汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)具有非常重要的意義，不僅影響汽車(chē)輕量化效果，同時(shí)還會(huì)影響到汽車(chē)的安全性和穩(wěn)定性。隨著汽車(chē)輕量化逐漸成為企業(yè)行業(yè)的主流發(fā)展趨勢(shì)，眾多研究學(xué)者也應(yīng)該將研究方向致力于新型輕量化材料的研究，使得新型輕量化材料逐漸凸顯出多元化的特征，以推動(dòng)汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)的發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的核心目標(biāo)。