浅析轻量化材料车身关键制造技术及其应用

浅析轻量化材料车身关键制造技术及其应用

李学刚刘冲

扬子江汽车集团有限公司湖北省武汉市430040

【摘要】：随着我国能源化发展以及工业化建设，汽车也正在向轻量化技术方面转型。复合材料有着独特的耐久性和实用性，因此在车身关键技术以及应用方面有着较大的发展应用价值。本文结合汽车轻量化材料在车身关键制造方面的技术和应用。希望能够为相关单位提供参考借鉴。

【关键词】：汽车轻量化；设计分析；技术应用

相关资料表明，汽车燃料量和自身质量成正比关系，汽车质量每减少10%就可以降低10%左右的能源消耗。值得注意的是，采用轻量化材料能够对车身关键进不得进行优化，减少汽车排放量，可以从汽车轻量化设计方面进行研究。笔者结合汽车轻量化技术，在汽车使用性能以及结构优化等多方面因素分析，希望能够为创新设计提高质量奠定基础。

1.分析汽车轻量化结构技术

作为一种多标准技术性的材料特性，汽车轻量化的设计需要注重车身尺寸优化和形状优化，在创新车身质量的同时，汽车轻量化技术能够结合材料参数和横截面尺度等方面。加强零件优化，提高整个汽车部件的安全性和有效性。一般而言最实用的方法是对汽车外形以及零件的轻量化设计。其次，其能够在空间结构方面优化整个力学分布荷载分布。在轻量化设计的理念下，经过多次迭代，材料的性能不能趋于稳定，将拓扑优化技术运用到汽车零部件以及结构等方面的设计中。能够为车身减少自重，提高车内结构性能，减少汽车生产周期，提高其质量。一般而言，在车身结构的拓扑结构都是采用的无骨架结构和空间设计。这也迎合了轻量化设计的特点。通过减少自重能够改变轻量化的空间。加强材料的应用和轻量化加工设计分析，最终提高整个车辆的设计质量（如图1所述）。

2.轻量化材料在车身关键性结构的应用

轻量化材料主要分为两类，第一个是高强度钢，它主要作为车身承重结构的板提料。延伸的部件类型主要有三类，第一个室外覆盖构建。第二个是车自身的构建，第三种是悬挂件如副车架等。

2.1高强度钢特点

国际上针对超轻钢汽车的研究较广，其将屈服强度在300到750MPa的范围，刚称为强度钢板。若屈服强度在750MPa以上的钢板，被称为超高强度钢板。作为车身的关键性部件，汽车的钢板需要有高强性，可塑性和耐久性多方面特性。加强汽车轻量化水平和质量，可以采用高强度钢板代替普通汽车钢板制造车身构件。并减少车辆自重45%左右的同时。更值得关注的是其高强度耐久性的质量。

2.2铝合金

铝合金被广泛应用于工业制造中，因为其密度仅有钢的1/3，且导热性、耐久性抗、腐蚀性强，通过在铝中加入一些混合金属制造成了铝合金，能够综合地提高整体的构件强度，耐久性抗疲劳性等综合特征。同时铝合金还能够回收利用，注重了节能环保的理念。将铝合金应用于轻量化概念的汽车车身构件制造中，有重要的意义。其主要在发动机以及底盘行驶和控制系统的部件有所应用，一些形变的铝合金更用于车身系统部件和与热交换器的制造着。由于铝合金制造成本较高，因此仅出现在高档汽车中。随着这项技术的不断研究，铝合金在汽车运用的方面也在不断拓展在特殊的气球托架和和在汽车车轮中也有所改善和应用。

2.3工程塑料

塑料成型十分容易，经过处理可以让一些器材变得更加简单化。塑料制品的弹性性能强，能够吸收大量的能量碰撞减少冲击，有着较强的缓冲作用，还有降噪和校正的能力。此外，对比传统的金属制品，塑料复合材料耐久性强，抗蚀能力远远大于钢板。在汽车的零部件制造中，它主要运用于发动机电子系统，燃油系统等部分零件。通过该技术的延伸。资料也在纳米复合材料，免喷涂塑料，塑料，玻璃纤维增强方面有所应用。

3.轻量化汽车中复合材料生成技术

3.1液压成型技术

这种技术有两种生成方式，第一个是管内高压成型，第二个是金属版料液压成型。管内高压成型是一种通用的高压液体空心结构制造，制造原理是将管材类不施加高压液体压力并对外施加外力，再将材料放置到模具中，从而液压成具有一定形状它性能的零件。在汽车的关键性零件中，汽车的驱动轴排气系统以及车身构架都可以采用这种方法。在宝马5系汽车中，多用了管材压成型形成了独特的后轴，有效地减少了整个汽车系统的零部件数量和焊缝频率，真正实现了轻量化汽车的创新。而板材液压技术是通过液体介质代替传统模具，并通过液体对板材进行压力成型。这种工艺能够将呈现复杂的工件变得生产简易化，也能够减少焊接的工序，为优化生产，降低成本奠定基础。

3.2变截面拉伸技术

这种技术有效地减少了汽车的重量，特别是对于一些重型汽车而言，底盘构架可以采用铝材料降低车身自重，还能够为车提供独特的抗震性和耐久性。但是通过变截面技术结合数控等方面的应用，能生成出不同截面的产品。很适合汽车侧轨工具的加工，也满足了汽车连续变化的截面运用。

3.3变截面薄板技术

用于车身制造的变截面薄板主要分为两种，一种是激光拼焊板（TWB），另一种是通过柔性轧制工艺生产的连续变截面板（TRB）（1）激光拼焊板（TWB）TWB是根据车身设计的强度和刚度要求，通过采用激光拼焊技术把不同厚度、不同表面镀层甚至不同原材料的金属薄板焊接在一起，然后对它进行冲压。激光拼焊板的性能能够很好地满足汽车零部件冲玉的要求，TWBI艺的应用可以根据车身各个部位的实际受力和变形，预先为车身部件制作一块不等厚的拼接板料，从而达到节省材料、减轻重量且提高车身零部件性能的目的。TWB工艺的性质决定了它具有很大的灵活性，可以任意拼接。

3.4辊弯成形技术

辊弯成形（RollForming），是通过顺序配置的多道次成型轧辊，把卷材、带材等金属板带不断地进行横向弯曲，以制成特定断面型材的一种板金属深加工工艺。

4.结语

以上可知，汽车轻量化设计是汽车工业化建设以及可持续发展的重要方式，将这些技术结合复合材料的综合运用，能够加强其关键布局为的设计。借助轻量化，能够加强零件优化，提高整个汽车部件的安全性和有效性。笔者结合复合材料的特点，将其和轻量化汽车的运用进行了分析，希望能够为相关单位提供参考借鉴，让轻量化汽车设计理念变得更加广泛和可行。

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