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                    鄭州華晶金剛石股份有限公司

                    汽車輕量化:技術工藝材料齊發力

                    關鍵詞 汽車輕量化 , 材料 , 加工技術|2016-02-29 10:51:05|來源 中國超硬材料網
                    摘要 調查顯示,汽車整體重量每減少100千克,百公里油耗可降低0.3升至0.6升。當汽車重量從2500千克降低到750千克時,每升汽油行駛的公里數從約5公里上升到約25公里,相應排出的二...
                      調查顯示,汽車整體重量每減少100千克,百公里油耗可降低0.3升至0.6升。當汽車重量從2500千克降低到750千克時,每升汽油行駛的公里數從約5公里上升到約25公里,相應排出的二氧化碳量從約400克/公里下降到約100克/公里。
                      正是出于減少能源消耗、減少污染物排放等目的,汽車輕量化技術一直以來都是科研、汽車生產制造等領域的重點探索方向。無論是傳統動力汽車,還是新能源汽車,輕量化所帶來的經濟效益和社會效益都相當可觀。目前,在汽車輕量化領域,正呈現技術、工藝和材料等多方發力局面。

                      看好輕量化材料
                      此前有媒體報道,美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)研究人員研發出一種新型超輕復合材料,該材料由鎂、納米陶瓷粒子、碳化硅納米粒子合成,具有優良承重能力,對今后汽車輕量化發展具有重要意義。
                      相對于仍處科研階段的新材料,鋁材料、塑料、碳纖維等則已成為汽車輕量化材料實際應用的“先鋒”。德國汽車專家預測稱,汽車重量還有15%下降空間,因此“以塑代鋼”汽車輕量化已成為各大品牌汽車廠商追逐的技術焦點之一。汽車零部件比較復雜,在原材料、外觀和尺寸等方面對塑料注塑件要求較高。盡管如此,車用塑件已成為除金屬材料外很多汽車廠商探索和實際應用的重要方向。資料顯示,發達國家將汽車用塑料量,作為衡量汽車設計和制造水平高低的一個重要標志,每輛汽車塑料用量從上世紀90年代的100kg至130kg上升到2004年的152kg和2006年的174kg,現在用量是230kg。目前,德國汽車用量最多,占整車用料的15%以上。此外,輕質高強纖維材料的應用也是車輛減少燃料消耗、降低污染排放的有效途徑,以高性能纖維及復合材料為代表的輕量化纖維材料制造技術,正逐漸成為未來市場競爭的核心技術。
                      新型鋁材料在汽車上的應用也已鋪開。資料顯示,在構成汽車的2萬多個零件中,約有86%為金屬材料。因此,可以通過使用輕金屬來減輕汽車自重,而汽車鋁化率達到60%以上也是完全可取的。在汽車制造領域,鋁合金是應用最廣泛的輕量化材料,全球目前約有12%至15%耗鋁量用于汽車工業,有些發達國家甚至已超25%。北美汽車調查顯示,鋁使用量將在2012年達到每輛車156千克,到2025年這個數字將達到249千克??春密囉娩X材的中國忠旺集團認為,在未來,汽車鋁材的開發與應用主要集中在三個方面:一是車身、車架全鋁化及大型鋁合金型材的開發應用;二是防沖擋及車門剛性結構的全鋁化;三是轉動部分零部件的全鋁化。其中,鋁制車身將會成為今后的一種發展趨勢,將給我國鋁加工業提供廣闊市場并帶來發展機遇。

                      追逐輕量化技術
                      汽車輕量化的發展方向,對車用材料提出新要求的同時,也對汽車設計、制造工藝提出了更高的要求。新材料的獲得更需匹配相應設計、制造工藝、技術。目前來看,對塑件、鋁材的使用已有相對成熟的設計制造工藝,而隨著新材料層出不窮,一些創新材料也已逐步進入實用階段。另外,設計、制造工藝和技術在挖掘傳統材料輕量化潛力方面也有巨大作用。當前,不少汽車廠商正通過優化設計和制造,來進行可能的輕量化嘗試。
                      近日,雪佛蘭邁銳寶XL的問世,正成為中高級車輕量化的新標桿。邁銳寶XL整車重量為1415kg,相比前一代車型減重120kg,其1.5T車型綜合油耗達到同級領先的6.0L/百公里。資料顯示,邁銳寶XL車身研發團隊采用前瞻的CAE理念進行數十輪的結構拓撲分析,通過高精度的仿真迭代,一方面找出關鍵位置進行進一步強化,提升車身強度和防撞能力;另一方面也對多處車身部位進行結構設計的優化和減重,并優化底盤與結構部件之間的連接設計,從而鑄造更輕盈、更堅固的車身。邁銳寶XL大比例應用高強度鋼和超高強度鋼,特別是加大熱成型鋼應用比例。在邁銳寶XL車身架構中,超高強鋼整體占比高達40%,熱成型鋼比例也領先同級。良好的車身剛性不僅大大提升安全性能,也為懸掛和轉向機構提供堅實、可靠基礎。同時,車身結構優化使得整車實現車身部分重量降低超50kg。
                      資料顯示,在汽車輕量化技術中,結構優化和工藝改進的作用不容小覷。結構優化設計也是輕量化的重要途徑,在滿足工藝要求的前提下進行結構形狀和尺寸設計。例如,保險杠的薄壁化開發,常規的設計為3.0MM壁厚,采用普通的PP滑石粉材料,單件重量4kg至5kg,而吉利采用2.5mm壁厚設計,高剛性PP材料,單件減重10%至15%。在減重的同時,吉利也配合相應新工藝和新技術,通過優化設計、制造,發揮新材料作用。
                     

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