汽车结构轻量化关键技术及工艺研究

汽车轻量化研究已经成为一个重要的课题，汽车轻量化能够显著的提升汽车燃油经济性，符合我国当前节能减排的政策。为了实现汽车在保证安全性能的前提下的结构轻量化，本文针对汽车的底盘、内饰、车身等关键部位进行轻量化研究，针对汽车底盘的部件可以采用铝合金材料或者高强度钢材料进行代替，内饰使用树脂复合板、镁合金材料制作可提高汽车的减震性和减轻汽车重量，工艺主要采用树脂传递模塑成型工艺、薄壁注塑工艺。车身使用目前最为流行的碳纤维可以极大的减低车身重量，其工艺可通过预浸料模压成型法制得。

一、引言

汽车经过300多年的发展，已经是民用产品最高技术水平代表，目前在我国的汽车保有量逐年增高，給人民的出行带来极大的便利，但是也带来了环境污染的问题。一方面，汽油属于不可再生资源，车身较重会导致汽车燃油量过高，不利于环境的可持续发展。另一方面，汽车的燃油量越高，其污染物排放量会相应增大，导致环境污染。有研究表示，当汽车的车身重量每降低百分之十，油耗最高可降低百分之十五，由此可见汽车轻量化研究对提高燃油经济性的重要性，另外，汽车轻量化后从另一角度来看代表着提高了汽车的动力性能，使用户有更佳的驾驶体验。

二、汽车底盘轻量化方技术研究

在目前的家用轿车中，底盘的重量大约占据了汽车总重量的三分之一，对于货车而言，底盘重量比重更高，因此可以将汽车底盘作为轻量化研究对象。汽车底盘涉及到的零件众多，其承载了整个车身、发动机，并且承担着动力的传递，发挥着重要的作用，底盘零件具有很高的强度及加工精度，在进行轻量化设计前，最重要是需要保证轻量化设计后不改变汽车底盘的结构强度及安全性。针对底盘的轻量化，可以从底盘零件的结构、材料以及工艺方面入手，在结构方面，可以将部分零件的尺寸进行一定改进，或者是将零件做成空心件;在材料方面，可以选用新型的合金材料、高强度符合材料进行替换。在工艺方面，可以使用热成型、液压成型的方法完成零件的制造。

汽车底盘的具有重要的作用，主要用来固定发动机和连接转向系统等作用，具有强度大、刚度大的特点，目前，对于家用小轿车底盘大多数是采用冲压焊接的方式进行的，轻量化的方法是采用高强度的合金钢进行替换，能够减少零件的数量、厚度，从而实现底盘的轻量化，高强度合金钢一般是采用低碳钢或者是其它新兴的合金钢经过液压成型制造的，液压成型技术有利于控制钢板的厚度，大大减少了制造工序，加快加工时间，在合金钢当中，高档小车的副车架一般采用铝合金材质制作而成，大约可以降低副车架重量的40%，并且铝合金具有较强的耐腐蚀性，其主要的工艺首先是对合金的成分、添加量进行控制，之后再熔炼炉中进行熔炼，进一步处理后进行铸造，最后机加工便可完成。

三、汽车内饰轻量化技术研究

汽车内饰能够提高车辆的舒适性、防火性，在一定程度上保证了人员的安全，但在很多车辆中，内饰使用材料比较低端，增加了汽车重量，因此需对汽车内饰进行轻量化设计。内饰轻量化设计主要方法是进行材料的替换，针对汽车内饰中覆盖件，可以采用玻璃纤维复合材料进行替换，复合材料拥有塑料件质量轻的特点，同时复合材料是由三层复合而成，相对于塑料件具有更好的减震性能，降低车内的噪音;针对汽车座椅固定件可以采用镁合金或者是铝合金进行制造，能都减少车身的重量，镁合金具有很强的抗冲击能力，在发生交通事故时能够有效保护驾驶员和乘客，经过对比发现，传统的钢板制作而成的座椅达到了9.8千克，当材料更换成镁合金时，重量减少了4千克，可以看出，镁合金能有效降低座椅重量;对于仪表盘可以采用树脂材料，相对于塑料具有更好的耐热性和减震性，同时有效降低车辆的重量。

内饰轻量化主要使用到的工艺有树脂传递模塑成型工艺、薄壁注塑工艺，树脂传递模塑成型工艺主要用于复合材料的制作，制作出的板材可以达到双面光的特点，工序简单、容易实现，并且节省原材料，采用树脂压铸机将树脂材料喷射至模具当中，模具一般为玻璃钢模具，为了增强复合材料力学性能可以将玻璃钢表面镀一层金属。夹层中间为填充的材料为玻璃纤维，达到减低内饰重量的目的;针对内饰的塑料件可以采用薄壁注塑工艺进行住宿成型，将碎料原材料融化后，注塑至薄壁模具当中，薄壁注塑工艺最重要的特点是可以实现塑料件的厚度变薄，减少了原材料的使用，降低了塑料件的重量，在进行制作时，需先设计精准的模具，来精确的控制塑料件的厚度;镁合金的工艺类似于铝合金的工艺，目前来说其工艺相对比较成熟，可直接购买镁合金板材进行加工。对于这两种工艺，在实际加工过程中，应根据车辆的设计要求设计模具，来完成定制化生产。

四、汽车车身、覆盖件轻量化技术研究

目前在高端车辆上的车身一般采用碳纤维材料，碳纤维材料是一种高强度的复合板，其具有较小的密度，它的比重相对于钢材来说，只有刚的四分之一，所以常被应用于车身材料，能够减少车身重量，另外碳纤维具有很强的耐高温、耐腐蚀性能，因此也用作车身覆盖件材料，例如引擎盖板、尾翼、车门、车把手等都可以采用碳纤维材料制作。宝马公司对碳纤维材料的使用较为成熟，在打造的一款电动汽车上全部使用碳纤维材料，使得车身的重量仅为112.2千克，可以看出碳纤维材料能够极大的降低汽车的重量。

在汽车碳纤维应用上，可以使用预浸料模压成型，因为汽车的车身覆盖件具有非常复杂的曲面参数，尺寸精度要求较高，在此工艺中，碳纤维复合材料的基体可以为双马树脂或者是其他树脂，一般使用型号为5208的环氧树脂作为基体材料，增强材料可以选用为T300的 碳纤维，这种材料力学性能更佳，并且生产稳定，容易实现工厂化批量生产。采用预浸料模压成型能够实现零件的一体化成形，成型率高，可以用做汽车碳纤维覆盖件的加工工艺，主要的流程为将复合材料的机体及新兴预浸，并通过湿法将原料加工成半成品，之后将材料通过模压成型，经历固化阶段后，进行脱模，完成碳纤维的制作。

五、总结

汽车结构轻量化能够降低车辆的总体质量，从而提升了车辆的燃油经济性、动力性能。为了实现汽车结构轻量化，本文从汽车的底盘、内饰、车身、车身覆盖件进行了研究，分析了汽车底盘的结构、材料，提出使用铝合金或者高强度钢替换底盘零部件来降低汽车底盘重量的方法，对于汽车内饰材料应大量使用树脂材料，树脂材料相对塑料具有更好的力学性能，可采用树脂传递模塑成型工艺制备，塑料件可采用薄壁注塑工艺制备，对于汽车车身及其覆盖件，碳纤维成本很高，应根据车辆的定位、品牌价值合理使用。

作者简介：

侯磊（1999.9）男，汉 ，四川省南充市，学历：专科，研究方向：汽车车身结构，汽车车身轻量化技术.

（成都工业职业技术学院  四川 成都  610218）