1 引言：為什么要推行輕量化

1.1 基于環(huán)保的考慮。 世界各國均在推行強(qiáng)制汽車制造商降低汽車油耗的政策。有研究數(shù)據(jù)顯示，汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽車整車重量，每減少100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6升，CO2排放量可減少約5g/km。由此可見，汽車輕量化可以提高燃油效率和降低油耗，進(jìn)而環(huán)保節(jié)能。所以，汽車輕量化已成為汽車企業(yè)的共識(shí)。

1.2 倒閉汽車制造技術(shù)的升級(jí)換代 如果不能保證行駛安全，汽車再輕再省油，沒有誰敢開。如果追求安全和耐撞，那就只能開重達(dá)數(shù)十噸的坦克，忍受每小時(shí)數(shù)百升的耗油量。因此輕量化是汽車制造的趨勢(shì)，目前輕量化主要是減少汽車自重，但是，車身作為汽車的主要承載件，需要保證足夠的剛度、強(qiáng)度和疲勞耐久性能，從而使整車具有良好的安全、振動(dòng)噪音和耐久性能，而輕量化無疑對(duì)上述要素提出了更高的要求，這對(duì)倒閉汽車制造技術(shù)升級(jí)換代無疑是一大刺激。

2 實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的基本原理：

2.1 保證足夠的剛度 剛度指的是材料抵抗外力變形的能力，通常在車身開發(fā)中特指材料在屈服前的彈性特性，良好的剛度是整車NVH性能、車輛動(dòng)力性能和疲勞耐久性能的基礎(chǔ)，常見的評(píng)判指標(biāo)有車身扭轉(zhuǎn)剛度等。剛度與材料的彈性模量相關(guān)，基本上材料種類確定，彈性模量也就確定了，比如采用高強(qiáng)鋼并不會(huì)提升車身的剛性，因?yàn)殇摰膹椥阅Ａ慷家粯印?

2.2 保證足夠的強(qiáng)度。 強(qiáng)度是指零件受到?jīng)_擊載荷發(fā)生屈服后仍能維持功能的能力，常用于車身碰撞安全性、耐沖擊等性能的評(píng)估。強(qiáng)度與材料的屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度相關(guān)，為了提升車子的安全性能，現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)大量采用高強(qiáng)度鋼材就是這個(gè)原因。

2.3 保持良好的疲勞耐久性能。 疲勞耐久性能是指零件受長期交變載荷后維持功能的能力，車子的可靠性、耐用性就是基于此進(jìn)行評(píng)估的。疲勞耐久特性與材料的疲勞曲線相關(guān)，當(dāng)然，在車子上更重要的是焊點(diǎn)或其他連接方式的疲勞性能。

3 實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的途徑有：

3.1 優(yōu)化車聲結(jié)構(gòu)，提高材料利用率。

比如車身下部由非連續(xù)性改為連續(xù)性，使得汽車在碰撞時(shí)有效分散撞擊能量；增加加強(qiáng)筋；加強(qiáng)防滾架平衡桿；有限元法設(shè)計(jì)；采用承載式車身，減薄車身板料厚度等。

3.2 新材料的研發(fā)與應(yīng)用：

比如使用高強(qiáng)度鋼材（熱成型鋼材）、輕合金（鋁合金、碳纖維、鎂合金）、記憶金屬（微晶鋼）、工程塑料、陶瓷、玻璃纖維等。

3.3 優(yōu)化制造工藝：

比如激光焊接、攪拌摩擦焊、擠壓成型、熱處理、鎖錨連接等。

再比如結(jié)構(gòu)膠，過去烘烤硬化結(jié)構(gòu)膠只在車身上有少量應(yīng)用，但是現(xiàn)在的趨勢(shì)是可以通過采用更多的結(jié)構(gòu)膠提升車身剛度性能，從而降低結(jié)構(gòu)件的重量，奧迪、沃爾沃的一些車身上采用了超過100米的結(jié)構(gòu)膠；再比如填充在車身接頭的發(fā)泡硬化材料，可以有效替代傳統(tǒng)加強(qiáng)板形式的加強(qiáng)件，即提升性能，又降低重量。

4 常見輕量化材料的優(yōu)缺點(diǎn)：

4.1 鋁合金

優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕、耐磨、耐腐蝕、彈性好、抗沖擊性能優(yōu)、加工成型好和100%可回收等特點(diǎn)，逐漸成為汽車企業(yè)鐘愛的材料。

缺點(diǎn)：鋁合金的抗承載能力較鋼有很大的差距，所以即使是市面上全鋁車身的汽車，其底盤一般仍然采用鋼鐵材料。而且，鋁合金的制備工藝復(fù)雜，成本相對(duì)較高。

4.2 碳纖維。

優(yōu)先：強(qiáng)度高。碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。減震能力強(qiáng)，CFRP比模量大，自振頻率高，不易出現(xiàn)共振。非均質(zhì)多相體系，在纖維與基體之間存在大量界面，由于界面對(duì)震動(dòng)有反射和吸收的作用，所以CFRP震動(dòng)阻尼強(qiáng)，能使震動(dòng)很快衰減。耐疲勞性強(qiáng)，一般金屬材料的疲勞破壞是沒有明顯征兆的突發(fā)性破壞，而CFRP具有良好的耐疲勞性，而且破壞前有明顯的征兆。
缺點(diǎn)：碳纖維是脆性材料，受力過大直接斷裂，因此損壞后基本無法修復(fù)。

4.3 工程塑料

優(yōu)點(diǎn)：具有質(zhì)輕、防銹、吸震、可設(shè)計(jì)自由大等特點(diǎn)，工程塑料在汽車零部件，特別是內(nèi)飾部件的應(yīng)用越來越大。工程塑料在汽車上的用量，甚至超過了鑄鐵的用量。很多塑料零件應(yīng)用于車身上，比如大眾系的車子都采用了塑料的前端水箱框架，有些車子有塑料的后地板等等。

缺點(diǎn)：滿滿的塑料感，檔次低。

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