王亞美 何赟 趙莉莉 張智瑞

摘 要：在當今時代，輕量化技術(shù)已經(jīng)成為各個汽車企業(yè)提升市場競爭力的一大關(guān)鍵因素，為此各大廠家紛紛投身至輕量化技術(shù)的研究之中。輕量化技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提升汽車的性能，提高系統(tǒng)的智能化，進而對機械設(shè)備進行操控，推動汽車廠工業(yè)的發(fā)展，讓汽車廠工業(yè)實現(xiàn)性能的優(yōu)化升級，促進智能化的發(fā)展，順應(yīng)未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：輕量化;燃油箱;尿素箱;改性PA6;注塑工藝

引言

為了降低汽車油耗，減少環(huán)境惡化，節(jié)約能源，增強汽車性能，在汽車制造工業(yè)中應(yīng)用輕量化技術(shù)意義重大，因此采用輕量化材料勢在必行。板式液壓成形是指以高壓液體為傳力介質(zhì)，代替剛性的凹模或凸模，使坯料在傳力介質(zhì)的壓力作用下貼合凸?；虬寄３尚蔚囊环N柔性制造工藝。該工藝在鋁合金等輕金屬板材成形方面具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢：①提升成形極限;②表面與柔性介質(zhì)接觸，成形的零件表面質(zhì)量高。

1汽車輕量化技術(shù)概述

汽車輕量化在世界汽車產(chǎn)業(yè)中有一個普遍的定義，它具體指的是在明確汽車使用要求、駕駛安全、成本控制的情況下，采用輕量化技術(shù)實現(xiàn)材料以及制造工藝的整合，進而促進整個車身實現(xiàn)輕量化。在進行汽車輕量化的過程中，需要對整體進行控制，及時制定汽車的成本控制目標，對汽車的整體安全性進行調(diào)節(jié)控制。汽車的輕量化技術(shù)不單單指的是降低汽車的質(zhì)量，它是一個綜合性的內(nèi)容，它關(guān)系到了汽車整體的安全性能，為此我們需要考慮汽車產(chǎn)品經(jīng)濟的合理性，保障消費者可以接受的價格范疇，依據(jù)消費者的心理特征，做好下一步的決定。輕量化的作用主要分為三種形式：第一，部分汽車的功能已經(jīng)滿足了大眾的需求，為此需要對輕量化技術(shù)進行改革，促進汽車自身的質(zhì)量;第二，有些汽車本身具有一定的功能，這些并不足以滿足客戶的需求，那么就需要進行輕量化設(shè)計，進一步改進輕量化的技術(shù);第三，就是通過改善汽車的性能，促使汽車實現(xiàn)減重，主要目的是為了提高性能，降低質(zhì)量，優(yōu)化結(jié)構(gòu)以及價格，促使這一部分的內(nèi)容盡量滿足需求。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計的輕量化技術(shù)應(yīng)用

結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)需對汽車總體結(jié)構(gòu)進行分析和優(yōu)化，從而實現(xiàn)汽車零部件的輕量化和整體化?，F(xiàn)有技術(shù)中，燃油箱和尿素箱是兩個獨立箱體，通過與之匹配的支架與車架連接在一起。近年來，有企業(yè)開始研究將燃油箱及尿素箱兩個獨立單元通過外圍結(jié)構(gòu)的內(nèi)嵌等方式結(jié)合在一起，外觀看似一個整體，實際還是兩個獨立箱體，以這樣的方式來降低系統(tǒng)的重量，有部分成效，但減重效果不明顯。如何才能真正實現(xiàn)一體兩腔既能保證燃油箱和尿素箱各自的性能指標，同時又能保證兩者之間的阻隔性和阻熱性。為達到上述目的，本文提出了燃油尿素箱模塊設(shè)計思路，箱體外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別。燃油尿素箱模塊由上殼（1）、下殼（2）通過熱板焊接而成，燃油箱和尿素箱的分隔板（4）設(shè)計有一定的拔模斜度，從頂?shù)降撞恐饾u加厚，提高分隔板的牢固性和穩(wěn)定性。燃油箱內(nèi)部設(shè)置左右防浪涌隔板（5），減緩燃油液面起伏變化對分隔板的振動沖擊，有效避免左右腔室液體產(chǎn)生共振。殼體內(nèi)表面形成用于設(shè)置分隔板（4）和防浪涌隔板（5）的卡槽（6），分別注塑分隔板和防浪涌隔板，并將分隔板和防浪涌隔板通過卡槽固定于殼體的一半中，再通過熱板焊接將上下殼焊接為一體。為增加模塊整體強度，在箱體內(nèi)部設(shè)置有小支撐（7）和大支撐（8），使其對箱體內(nèi)部的分隔板、左右防浪涌隔板起到整體連接加強的作用。在滿足使用功能的前提下，借助結(jié)構(gòu)的變化，大大降低系統(tǒng)總質(zhì)量。

3材料的輕量化技術(shù)應(yīng)用

3.1碳纖維增強復(fù)合材料在車身中的應(yīng)用

大眾推出的采用碳纖維復(fù)合材料車身和零部件（碳纖維增強型塑料防傾桿）的XL1車型。該車只有23%由鋼鐵制成，總質(zhì)量795kg。奧迪復(fù)材研究中心兼顧動力和經(jīng)濟性，選取傳動軸通道和（轎廂）后壁零部件使用碳纖維材料。并針對RTM（樹脂傳遞模塑成型工藝）工藝的研發(fā)難題，對注塑壓力、壓縮力及模具間隙進行精準調(diào)整，實現(xiàn)模塑工藝優(yōu)化方案。奧迪A5采用碳纖維預(yù)浸料模壓成型生產(chǎn)碳纖維車頂。

3.2鎂及鎂合金材料

鎂合金在所有的材料中，屬于輕量化的材質(zhì)，它具有良好的抗震、降噪能力，并且容易回收，在現(xiàn)階段被譽為“綠色金屬結(jié)構(gòu)材料”。鎂合金具有優(yōu)良的性能，能夠在汽車傳動系統(tǒng)、車體系統(tǒng)、引擎系統(tǒng)以及底盤系統(tǒng)等方面進行應(yīng)用，進而達到輕量化的目標，實現(xiàn)降噪、吸振的目的，促使車身剛度以及安全性達到要求。在全球，對于很多車企來講鎂合金的開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)日漸增多。

3.3 高強度鋼

汽車材料中應(yīng)用得最廣泛的就是鋼鐵材料。其中，汽車輕量化技術(shù)中應(yīng)用超高強度或高強度鋼對減輕汽車質(zhì)量方面都具有重要的促進作用。在汽車車架和汽車負載部位應(yīng)用高強度鋼板替代鑄鐵和普通鋼，很大程度上減輕了車身質(zhì)量。汽車轉(zhuǎn)向零件等一些對強度要求較高的部件可應(yīng)用高強度鋼，且此類材料也可以應(yīng)用于底盤或車身等，實現(xiàn)輕量化的目標。

3.4鎂合金在車身中的應(yīng)用

鎂合金材料根據(jù)成型工藝的不同，主要分為鑄造鎂合金和變形鎂合金2類。德國在鎂合金領(lǐng)域一直處于世界領(lǐng)先地位，德國大眾汽車公司在20世紀30年代就開始使用鎂合金，在90年代，奧迪汽車首先推出鎂合金壓力鑄造儀表板。奧迪A4、A6等汽車的變速箱殼體均使用AZ91D鎂合金，新一代奧迪A8發(fā)動機艙的三角支撐桿即采用了鎂合金目前，汽車中的鎂合金零件近100種，其中92%采用鑄造工藝實現(xiàn)，如變速箱殼體、離合器殼體、儀表板骨架、座椅、減震塔、車輪、車門內(nèi)板、尾門內(nèi)板等，8%則多以型材、裝飾性板材、極個別以覆蓋件板材的方式存在，應(yīng)用于豪華轎車、超級跑車。

4整車數(shù)模的輕量化開發(fā)及優(yōu)化

整車數(shù)模的輕量化程度是實現(xiàn)整車數(shù)據(jù)渲染及評審的重要基礎(chǔ)。因此，在制作虛擬樣車數(shù)據(jù)的準備階段時，就需要進行數(shù)據(jù)輕量化，以達到對仿真模型的快速渲染需求，保障虛擬評審效果穩(wěn)定。從本文目的出發(fā)，對整車數(shù)模輕量化有以下幾點思考：（1）對靜態(tài)主觀視覺評價來說，在含有大量工業(yè)信息的數(shù)模中，僅需較少的有效信息;（2）十幾個G的整車數(shù)據(jù)在普通計算機軟硬件條件下難以整合，即使整合成功，在進行渲染或虛擬樣車評審時也可能造成卡頓、死機等;（3）整車數(shù)據(jù)的BOM表有幾百個零部件，手動處理存在工作量大、重復(fù)操作多、數(shù)據(jù)管理困難等問題。通過觀察數(shù)據(jù)保存形式，先后測試了stp、stl、igs、wrl、cgr這5種通用格式轉(zhuǎn)化，結(jié)果證明cgr格式可以轉(zhuǎn)換成功并組裝為整車，這種格式僅含有零件的外形、世界坐標等信息，以此達到降低原數(shù)模工業(yè)信息量的目的。

結(jié)束語

為減輕汽車的整體質(zhì)量，采用輕量化材料勢在必行，而板式液壓在鋁合金等輕金屬成形方面具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢，發(fā)展迅速?，F(xiàn)以發(fā)動機蓋內(nèi)外板零件為例，分析了板式液壓工藝規(guī)劃、CAE分析、工藝設(shè)計及模具設(shè)計技術(shù)要點和調(diào)試方案。列舉了板式液壓成形技術(shù)應(yīng)用項目，其零件經(jīng)多次裝車，滿足試驗要求，達到精度指標還分享了項目攻關(guān)經(jīng)驗，為后期項目開發(fā)提供指導(dǎo)。

參考文獻：

[1]沈利民，翟永根，陳軍軍.汽車熱成型技術(shù)應(yīng)用[J].汽車工程師，2019（12）：53-54+59.

[2]譚妍瑋.純電動汽車輕量化途徑研究[J].汽車實用技術(shù)，2019（24）：8-9+25.

[3]張妍，龐有俊，李楊.鈦合金與汽車輕量化技術(shù)[J].時代汽車，2019（19）：12-14.

[4]吳文凱，朱明清，王云龍，張宇.熱沖壓成形技術(shù)研究與汽車輕量化應(yīng)用現(xiàn)狀[J].黑龍江科學，2019，10（18）：4-7.