了解汽车轻量化技术及应用

本文章主要是讲解一些关于了解汽车轻量化技术及应用和汽车门梁的知识，希望能帮助到各位网友。

研究数据表明，汽车的油耗与汽车质量成正比，汽车质量每减少10%，油耗就会减少6-10%，废气排放量就会减少4%。因此，汽车轻量化已成为汽车工业的发展方向之一，也是提高汽车燃油效率、减少废气排放的重要技术方法。

汽车轻量化技术是在满足整车性能和成本管理的条件下，综合应用轻量化结构优化、轻量化材料应用、轻量化加工制造的技术。

轻量化结构优化技术

结构优化是一种多标准、多学科的优化理论。结构优化设计可分为三类尺寸优化、形状优化和拓扑优化。尺寸优化是一种参数优化技术，用于获得材料参数、横截面尺寸和厚度等设计参数的理想组合。形状优化是在不影响安全的情况下，通过修改结构形状来优化现有零件形状的方法。拓扑优化是一种基于约束、载荷和优化目标，追求材料在特定空间结构区域内的最优分布的设计方法，该过程一般从预定义的材料分布（例如均匀分布）开始，然后基于在。经过多次优化迭代后，材料分布趋于稳定，优化过程结束。每次迭代都包括有限元分析、灵敏度计算和材料分布修改等子步骤。对于连续结构，经过多次迭代后，现有的商业软件通常可以产生材料分布等于或接近0-1的设计结果。

拓扑优化是一种新的设计技术，通过在结构设计阶段为零件和车身原型提供合理的材料布局，可以减轻结构重量或提高结构性能。该技术使公司能够缩短设计周期，提高产品性能，并减少昂贵的原型设计和车辆测试。大多数车身结构采用无骨架结构和空间框架结构，这些结构都是通过拓扑优化设计的。

但现代汽车工业中，车身减重是通过轻量化结构的优化来实现的，轻量化的空间比较狭窄，因此轻量化技术的应用更多集中在轻量化材料的使用和轻量化加工上。和制造技术。

轻量化材料应用技术

轻质材料主要有两大类一种是可用于减少板材厚度的高强度钢。汽车用高强钢主要零部件分为三类一是四门两盖等外覆盖件，二是白车身件，三是发动机支架、副车架等悬挂件。另一类是铝合金、镁合金、塑料、复合材料等低密度轻质材料，主要用于发动机缸体、方向盘架等零件。

1高强度钢

根据对超轻钢汽车车身ULSAB的研究，屈服强度在270700MPa范围内的钢板称为高强钢板，屈服强度在700MPa以上的钢板称为超轻钢板。-高强度钢板。强度钢板（见图1）。

现代汽车钢板既要求高强度又要求高塑性。ULSAB-AVC、ABC和NSC项目均采用钢材作为轻量化技术路线。由于高强钢板是汽车轻量化之后保证碰撞安全的最重要材料，因此高强钢板的添加量直接决定了汽车轻量化的水平。如果用高强度钢板代替普通钢板制造车体，汽车本身的质量可减轻30%40%，用普通钢板制成的传动轴的质量也可减轻约10%。

1双相钢DP双相

DP钢包括热轧板、冷轧板、电镀板和热镀锌板。金相组织为软铁素体和硬马氏体，马氏体含量为5%20%，随着马氏体含量的增加，强度线性增加，达到5001200MPa。双相钢具有屈强比低、加工硬化指数高、烘烤硬化性能高、无屈服停滞和室温时效等特点。

DP钢通常用于需要高强度、高抗碰撞能量吸收和严格成型要求的汽车部件，包括车轮、保险杠、悬架系统和加强件。

2相变诱导钢TRIP应变诱导塑性

TRIP钢板的金属组织由铁素体、贝氏体和残余奥氏体组成。当钢板受到外部载荷时，应力集中区的残余奥氏体转变为马氏体，提高了该区域的强度，称为TRIP效应，这种效应延缓了应力区的进一步变形，提高了延展性从而提高钢板的强度，提高汽车零部件的强度和塑性，满足复杂形状汽车零部件的成形、轻量化和安全性要求。

TRIP钢具有强度高、成型性好、易于加工、碰撞吸能高、疲劳强度优异等优点，是汽车保险杠、车门防撞杆、悬架系统等零部件的理想材料。也可用于汽车零部件、底盘等深冲件

3扭转诱发塑性TWIP扭转诱发塑性

TWIP钢的成分一般以Fe为主要成分，添加15%30%的Mn，并含有一定量的Al和Si。

TWIP钢在没有外载荷的情况下使用，室温下组织为稳定的残余奥氏体，但当外载荷作用时，具有一定成分的钢形成许多孪晶，从而具有高强度和优良的塑性。行程效果。

TWIP钢板具有高弹性、高强度、高应变硬化率，与现有高强度钢材相比，可吸收两倍以上的冲击能量，从而使车身减重更大，抗冲击能力更强，刚性增加。

2低密度轻质材料

目前，实现汽车轻量化的主要轻量化材料有铝合金、镁合金、工程塑料等材料。

1铝合金

铝的密度仅为钢的1/3，具有优良的导热性、加工性能、铸造性能和耐腐蚀性能。在纯铝中添加Cu、Mg、Zn、Si、Mn、稀土等合金元素制造出各种铝合金，通过强化措施可以提高强度、硬度、疲劳性能等整体材料性能。铝合金几乎完全可回收利用，有利于节能环保。将铝合金应用于零部件可以有效减轻车辆的整体重量。欧美汽车平均用铝量约为200公斤，铝化率约为20。

铝合金在汽车上的主要应用包括铸造铝合金、变形铝合金、锻造铝合金。铸造铝合金主要用于制造发动机系统、底盘传动系统、底盘驱动及控制系统等零部件，变形铝合金主要用于制造车身系统零部件和热交换器系统零部件。它们价格昂贵，通常只用于豪华车。锻造铝合金在热锻时不氧化，表面光滑，加工公差小，无加工缺陷，因此在汽车上的应用逐渐增多，主要用于汽车支架、卡车车轮等。

2镁合金

镁的密度约为钢的2/9，镁合金具有比强度和比刚度高、尺寸稳定性好、导热导电性好、吸振、易于加工成型等性能。是具有汽车竞争力的轻质材料之一。

目前汽车上使用的镁合金零件大多是压铸件，使用寿命比铝合金更长。镁合金压铸件主要用于生产汽车仪表板、座椅框架、变速器壳体、方向盘控制系统零件、发动机零件、门框、车轮、支架、离合器壳体、车身支架等。

3工程塑料

塑料易于成型，可以简化形状复杂零件的加工，塑料制品的弹性变形特性吸收大量的碰撞能量，具有较大的减震作用，具有吸收和阻尼振动的能力。噪音、耐腐蚀塑料具有很强的耐腐蚀性能，其耐腐蚀性能远高于钢板，通过添加各种填料、增塑剂和硬化剂，可以生产出具有必要性能的塑料，以满足各种零件的要求。汽车。

汽车中可用塑料制成的零件包括油阀系统、发动机装饰盖、电路系统和燃油系统。塑料在汽车领域的应用不断扩大，主要集中在纳米复合材料、可喷涂和不可喷涂塑料、塑料镜片和塑料玻璃以及纤维增强热塑性塑料等领域。

对于某些汽车零部件来说，材料的选择不能简单地归因于材料的密度，必须考虑到综合性能指标的要求，不能简单地追求和忽视汽车的整体性能。选择材料时，必须综合考虑结构设计、材料应用、加工制造。例如，德国宝马推出的水冷发动机曲轴箱采用内铝合金、外镁合金，是外镁内铝的复合箱体，实现了发动机的高性能。铝制并提供耐腐蚀和轻量化的效果，非常出色。镁的作用。

轻量化加工制造技术

1液压成形技术

液压成形有两种常见的成形方法管件高压成形和板材液压成形。

1管道液压成形

管内液压成型是一种使用高压液体制造空心零件的制造技术。其工作原理是在管内施加超高压液体，并沿轴向施加外力，将毛坯推入模具型腔，形成特定形状的零件。

汽车副车架、底盘部件、前后轴、驱动轴、排气系统、异形管件和车身框架都可以使用内管液压成型工艺制造，从而显着减轻重量。宝马5系采用管内高压成型技术来成型后桥，使焊接件数量从6000多个减少到5000个左右。沃尔沃850还应用了大型管道液压成形技术，使车身重量减轻50%，零件数量减少45%，焊缝减少45%，同时提高零件尺寸精度。

2片材液压成型

金属板料液压成形技术是指用液体介质代替传统模具的凸模、凹模，通过液体介质对板料的压力使工件成形的工艺过程。该工艺不仅可以成型具有复杂几何形状的工件，而且可以成型精度高、表面质量优异的零件。采用这种工艺减少了焊接和装配工序，也降低了模具成本。

变截面拉拔技术

通过将铝材料应用到汽车上，我们能够有效地减轻汽车的重量。特别是对于大型车辆，在底盘框架结构中使用铝可以显着减轻车身重量并增加有效载荷能力。作为一项新技术，铝的变截面拉拔技术逐渐受到关注，变截面拉拔工艺主要用于成型侧轨等零件。

传统拉延工艺只能在固定模具下形成相同截面形状的型材。在变截面拉深工艺中，通过计算机控制动模的运动轨迹，可以成型不同截面形状的制品。

变截面加工工艺非常适合汽车侧梁的加工，侧梁的截面形状是连续变化的，而不是单一的，通过变截面加工工艺很好地满足了结构要求。该技术已开始在汽车零部件制造中得到实际应用。目前，可采用该技术制造的汽车零部件包括座椅导轨、客车车架、保险杠、横梁、减震结构、前纵梁结构等。本田的Insight采用了正六边形截面的挤压铝合金前纵梁结构，整个前纵梁结构只需一步挤压成型，与传统钢结构相比，省略了焊接工序，Original保持其刚性和能量吸收特性，从而使重量减轻高达37%。

2变截面钣金技术

用于车身制造的变截面板材主要有两种类型一种是激光焊接毛坯TWB，另一种是通过柔性轧制工艺生产的连续变截面面板TRB。

1激光焊接毛坯TWB

TWB是根据车身设计的强度和刚度要求，采用激光定制焊接技术，将不同厚度、不同表面涂层、不同原材料的金属板材焊接在一起，然后冲压而成。激光焊接毛坯的性能可以很好地满足汽车零部件冲压的要求。

应用TWB技术可以根据车身各部位的实际应力和应变情况，为车身部位预先制作不等厚的粘合片材，从而节省材料、减轻重量并提高性能。身体部位。由于TWB工艺的性质，它具有高度的灵活性，可以自由接合，根据强度优化设计原理，将相同厚度的车身零件设计成不等厚度的零件，然后冲压而成。一方面提高了结构的强度和刚度，同时节省了材料。

TWB还存在焊接、应力集中等缺陷。如果焊缝布置不合理，就会削弱结构构件的承载能力。焊缝的存在会影响材料的成型性，并使其在后续冲压过程中容易破裂。为防止此类缺陷的发生，必须增加焊缝的热处理工艺，您好！成本在2000多元，而且屋顶、门梁、门等钣金都要改装，所以比较贵。

玻璃不被视为正方形，玻璃根据车型而异，通常大于1,000但小于2,500。

喷漆的成本取决于车身上有多少损坏的油漆碎片。每门200元。总体来说，2000多，4000以下。

油漆应混合在中等或以上，而不是过度或不足，并且一段时间后，中间漆和底漆的颜色将与原车漆有很大不同。