1.整车轻量化的意义
表1 整车轻量化的意义
2.整车轻量化的实现途径
整车轻量化是一个整体概念,不能靠一两个零件的减重来实现,应从设计开始入手,制定品质目标设计,性能目标设计,减重目标,给整车重量进行重量管理,达到减重的目标。汽车轻量化从实现途径看,可分为:轻量化结构设计及优化、先进的轻量化材料应用、和先进轻量化制造技术的应用。
(1)轻量化结构设计及优化
车身重量约占汽车自重的1/3,车身结构的设计以及车身材料的选择是车身重量减轻的关键因素。
车身减重的常见的轻量化材料分为金属及非金属两大类,金属材料主要包含:高强钢,铝合金、镁合金等,非金属材料包含:改性塑料和复合材料等。
所用材料相关物性如下:
表2 所用材料相关物性
(2)先进的轻量化材料应用
轻量化材料的应用一般包含:轻质复合材料,微发泡材料,低密度PP材料,薄壁轻量化材料等。
轻质复合材料:
表3 轻质复合材料
A.微发泡材料通过特殊的微发泡注塑设备,使零件内形成微小的气孔,从来达到减重的目的。目前在宝马车的仪表板已经采用,可以减重约20%。
B.PP塑料的使用约占整车塑料的使用量的70%左右,而PP塑料及PP改性塑料的密度一般在0.9-1.15克/立方厘米,在满足使用性能要求的情况,选择低密度的PP塑料,也有助于减轻整车重量。
C.薄壁轻量化材料,随着材料技术及工艺技术的进步, 要求的材料具有三高特性,如高流动、高韧性、高模量。常规塑件的厚度3.0-3.5mm也逐渐薄壁化转变,如前后保厚度一般为2.5mm,最低可做到1.8mm厚度,可以减重约20%-40%左右。
D.其他材料的使用,如洋麻植物纤维等在内饰上的使用,可有效的达到了减重的重量,但该材料具有的烟煤色若隐若现的天然纤维结构,给予独特的视觉和触觉感受 (露纤,按目前主流的外观审核是无法通过的)。
(3)先进轻量化制造技术的应用
A.铝合金用于车身材料的加工方式近几年有所降低,以前都要将厚的铝合金板冲压成薄板在进行加工,目前通过引入了和钢板冲压类似的热冲压成型技术,该工艺的要求十分严格,由于摩擦力的作用,截面各处材料流动的不均,容易在应力集中地方产生急剧减薄而发生破裂,协调好压边力与冲压力的关系,再加上良好的润滑,是实现铝合金热冲压再次降低材料成本的关键。
B.传统的冷冲压工艺在成型过程中容易产生破裂现象,无法满足高强度高板的加工工艺要求,目前国内对高强度钢板的热成型冲压技术还发展比较缓慢。
C.碳纤维材料的高模量以及比强度,比刚度高的一种力学性能优异的新材料,但碳纤维也只是沿着纤维轴方向表现出很高的强度,其耐冲击性确较差,容易损伤,作为结构组件时候有局限性,同时因不可修补,后续的保养及维护费用也非常高,目前暂无法普及。在解决原材料的问题后,相信将逐渐普及。
D.微孔发泡技术起源于1982年MIT聚合物实验室的发明,对气液均相熔体的置备,气泡成核的控制,以及气泡的生长和稳定是微孔发泡的关键因素,目前国内对该技术的产业化还处于起步阶段。