轻量化材料在汽车制造中的应用

【摘 要】目前在世界各国汽车的广泛利用给人类带来了生活上以及方方面面的诸多便利，可是不容忽视的是汽车工业的快速发展，交通安全、环保、能源消耗各方面所面临的诸多问题也备受世界所关注，汽车产量和社会保有量也都在逐年增加。随着人们对高品质生活的需求，对汽车的依赖也是变得越来越离不开。在能耗、环境污染以及交通安全面临着的巨大压力和挑战面前，汽车轻量化材料设计与应用可以有效应对这些难题。既能有效降低尾气排放量，又能降低材料和能源消耗，这也将成为汽车工业实现节能减排的主要方向，对实现人类可持续发展有重要意义。

【关键词】轻量化材料；汽车制造；应用

【中图分类号】U465 文献标识码：A

引言

汽车轻量化是实现节能减排的最关键措施，对汽车工业的可持续发展起着关键作用。目前，汽车轻质材料广泛应用于汽车制造业，轻量化技术的实现主要取决于轻量化材料和最先进技术的应用。不仅可以减少排放，而且可以降低成本，提高车身的耐久性和安全性。

1、轻量化材料对汽车工业发展的意义

（1）有目共睹，整车质量大大影响着汽车油耗与排放量。在行驶安全、舒适性不变的基础上，轻量化材料设计与应用能够有效的减轻车身重量，继而有效提高汽车动力并明显减少燃料消耗。实验表明，汽车整车质量每降低100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升。汽车质量每减轻10%，油耗下降6%-8%，排放量下降4%，因此轻量化材料的设计与应用可以有效直接降低汽车油耗与排放量。（2）安全行驶方面，轻量化材料设计与应用直接导致整车重量下降，碰撞时惯性与制动距离都得到相应减小，可以提高汽车安全性能。

2、轻量化材料

轻量化材料，一般通过采用轻量化的金属以及非金属材料才可以实现，其主要包括了工程塑料以及其他多种复合材料。现在整个汽车行业的材料轻量化已经成为一种趋势，在不影响车身强度的情况下，使用更多的铝合金、镁合金、工程塑料等有助于降低车身自重，从而带来更好的燃油经济性。根据相关数据统计，行业里生产一辆一般家用普通轿车，真个车身的主要材料重量构成比例为：钢铁占据65%-70%、有色金属占据10%-15%、非金属材料占据20%左右。毋庸置疑的是在轻量化趋势的带动下，如轻金属材料、复合材料等多种新型材料将会越来越多的应用到汽车上面去，并且这些新型材料还会占据一些传统汽车材料的地位和比例。轻量化材料中，现在整个汽车行业中钢铁材料仍占据主导地位，但不容置喙的是钢铁材料的应用比例正在逐年下降和减少，工程塑料、镁合金、铝合金、复合材料等这些材料的应用数量正在逐渐增多。镁合金密度约为铝的2/3，钢的1/4，加上其具备比强度高、比弹性模量大等这些汽车工业必须的优点，成为常用金属结构材料最受青睐的一种材料，并且在汽车中的应用也在逐步上升。目前在离合器、车轮毂、齿轮箱、汽进气歧管、传动外壳、等方面应用较多，但是因为受技术和成本等方面的约束，目前在汽车工业中镁合金用量还不算太大。根据相关数据统计显示，国内汽车平均用镁量大概只有3kg，而北美的汽车平均用镁量也同样10kg都不到。作为包含多种优异性能的轻量化材料里，碳纤维材料的前景被看好，尽管目前阶段还有诸多挑战和科技难题等待攻克，其中最关键在于成本太高。

3、轻量化材料在汽车制造中的应用

3.1激光拼焊工艺

在现代汽车制造业中汽车结构通常由钢结构和激光拼焊板组成，该方法是汽车车身制造中应用最广泛、最先进的制造技术，在制造过程中采用激光焊接技术将不同厚度和强度的材料焊接成一个完整的零件。该零件强度较大，能够满足汽车安全性能要求，融合后整个部件应冲压使零件固定，激光拼焊技术可以最大限度地提高材料性能，减轻汽车总重量有效降低材料消耗，提高材料利用效率。但是，目前该技术的应用还存在一些问题。与普通板材相比激光拼焊板在母材性能、焊缝、板坯尺寸等方面存在一定的差异，不能及时、准确地控制起皱和裂纹。为激光拼焊板制造合适的冲压模板是必要的，激光拼焊技术的应用能发挥出最佳的效果，这是发展过程中需要解决的问题。

3.2热形成工艺

在汽车零部件的制造过程中，为了满足奥氏体结晶的要求，需要对热冲压高强度钢板材料進行加热。经过一段时间后奥氏体会逐渐保持均匀的状态，然后迅速放入冷却模板中通过保持压力和快速冷却的方法，使奥氏体变成板条马氏体，改变其结构提高材料的强度。热成形通常包括直接成形和间接成形，直接成形是指在制造过程中对金属板材进行快速冲压，常用于生产结构简单的汽车零部件，间接成形技术是在加热前对板材进行预处理。将材料放入冷却模具并快速冲压，该技术主要用于结构复杂、复合板多、变形大的零件的加工。

4、发展建议

4.1加强技术创新，制定相关标准

强化企业在技术创新中的主体地位，支持企业加大研发投入，提升创新能力。根据《节能与新能源汽车技术路线图》，逐步推动高强度钢、铝合金、镁合金的研发和应用。充分利用现有科技资源，联合企业、高校、科研机构、政府等力量，推动国家轻量化材料制造业创新中心建设，开展轻量化关键共性技术研发和产业化应用示范。协同推进轻量化技术研发与标准制定，鼓励制定轻量化材料、零部件及产品的团体标准，支持轻量化材料企业、科研院所、行业组织等积极参与国际标准制定。尽快建立适用于我国的轻量化材料认证体系，推动轻量化材料的性能检测、应用验证、可靠性评价等。

4.2推动生产应用合作，推动产业链协同发展

推动轻量化材料生产企业和下游汽车制造企业联合开展技术攻关，推动上下游企业共同开展国家级轻量化材料生产应用示范平台建设，形成有效的上下游协同发展模式，弥补生产应用衔接空缺，缩短轻量化材料开发应用周期，实现轻量化材料与终端产品同步设计、系统验证，打通轻量化材料研发到生产应用的“死亡之谷”。加强轻量化产业链各环节的协调，充分利用汽车轻量化技术创新战略联盟，推动性能稳定的国产轻量化材料优先进入汽车供应链。鼓励建设促进轻量化材料协同发展的公共服务平台，提供金融、技术交易、质量认证等专业化服务。

4.3加强政府引导，发挥行业组织作用

借鉴发达国家推广应用轻量化材料的经验，强化政府引导，进一步严格汽车燃油经济性、温室气体排放等技术和标准限定，通过征收高额燃油税、重量税、经济处罚等手段倒逼汽车轻量化发展。同时，政府采取正向激励措施，创新支持政策，进一步推动节能和新能源汽车应用，鼓励材料企业加大对轻量化材料的研发力度，鼓励汽车制造企业应用轻量化材料，从国家层面加大对轻量化技术领域重点研发计划的支持力度。发挥行业协会、联盟等组织的桥梁作用，一方面积极宣传政府轻量化推广应用政策，另一方面组织轻量化材料和应用领域内的企业、科研机构和高校等加强技术研发合作和推广应用，为企业提供轻量化技术领域的政策、法律、技术、管理、市场等服务。

结束语

随着油耗问题越来越被人类所重视，轻量化材料的设计和应用逐渐成为汽车行业里面节能减排最有效办法。轻量化材料对于降低油耗、减少排放起着不可替代的作用，已成为汽车行业的热点，汽车变轻，既能提高车辆性能，更能满足节能环保的需求，整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。

参考文献：

[1]陈进.汽车轻量化材料及制造工艺研究浅析[J].中国市场，2016（41）：40-42.

[2]唐见茂汽车轻量化材料[J].新型工业化，2016，6（01）：1-14.

[3]郭玉琴，朱新峰，杨艳，熊倪.汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J].锻压技术，2015，40（03）：1-6.

（作者单位：上汽通用（沈阳）北盛汽车有限公司）

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