发布时间 : 星期日 文章汽车轻量化技术分析更新完毕开始阅读
的合理预判。
3)工艺预置:汽车结构复杂， 它的工艺实现对整车能否达到轻量化目标有着至关重要的影响。 汽车业的发展，使高强钢、铝镁合金和复合材料不断推出，也对应用工艺提出了新要求。 如：界别越高的高强钢，在成形性上要求越高， 热成形技术是个好办法； 有的部件如轿车的副车架，形状复杂且生产困难，液压成形能提供一个解决途径。 而通过 CAE 技术可以分析出这些工艺的可行性和路径。 4)试验仿真:一切车辆的好坏，免不了试验的验证。 在轻量化的发展中，国外的汽车检测法规甚至已经用 CAE 分析替代部分试验测试， 其结果得到各界确认而成为标准要求。 对汽车轻量化影响最大的几项总体和零部件的试验包括：白车身弯扭试验、白车身 NVH 试验、白车碰撞试验及保险杠碰撞试验等，都可以通过 CAE 技术得到良好的仿真结果。
③制造工艺：成形方法和联接技术不断创新，如柔性化板材辊轧、剪拼焊接工艺技术、薄壁制造技术等，大大减轻了整车的重量。 1)热成形技术的应用:既要轻量化又要提高汽车性能的一个手段就是采用高强度的轻量化材料。 其优点有：通过快速冷却淬火，热成形后制件强度得到大幅提高；成形性优良；降低压机吨位；尺寸精度较高；零件表面硬度、抗凹性和刚度好。 目前，乘用车达到 Uncap 碰撞4 星和 5 星级水平的车型， 在主要的安全件中（A，B，C3 柱和保险杠防撞梁、 门防撞杆及保险杠防冲柱等）普遍采用了抗拉强度为 1 500 MPa，屈服强度为 1 200 MPa的马氏体钢，如此高的强度之所以能够实现，在于热成形钢材与工艺技术的发展，。 材料的加工成形性与屈服强度和延伸率有密切关系， 而材料的断裂应变和屈服强度与材料的温度有密切关系。在 900 ℃时，热成形钢屈服强度下降至 150 MPa，断裂应变达到50%以上，具有良好成形性和可加工性，在热成形之后，随之进行冷却淬火达到高的强度， 并固定了热成形状态下的零件形状。
2)液压成形技术的应用:液压（内高压）成形是指采用液态物质作
为施力介质， 使坯料在施力介质作用下， 贴合凸模或凹模面成形。 它是一种柔性成形技术，可以为一些形状复杂、强度高和成形性差的材料提供理想成形工艺。液压成形分为板材液压成形和管材液压成形，在汽车工业中，应用较多的是管材内高压成形。 与冲压焊接件相比，管材液压成形的优点是：1>节约材料；2>减少后续工作量；3>由于焊接减少，可提高构件的强度与刚度；4>与冲焊件相比，材料利用率为 95%～98%；5>降低生产成本和模具费用达 30%。
3)激光拼焊板技术的应用:由于激光焊接技术的特殊性，焊接速度快，热影响区小，因此，激光拼焊板材的成形性良好。 激光拼焊板技术将不同厚度、不同强度或不同表面处理状态的板材通过激光拼焊集成一个大的板坯进行冲制，这样可使模具的数量和后续生产工序减少， 从而降低了生产成本，并提高了零部件的质量，优化了零件结构，充分发挥了不同强度和不同厚度板材的特性。 在汽车中采用激光拼焊板材后，可使零件质量减轻 24%，零件数量减少 19%，焊点数下降 49%，生产时间缩短 21%，其典型构件为：车门内板、侧围板、地板和一些车身高强度结构件。
4)金属半固态成形技术的应用:金属半固态成形技术的特点是高效、高性能、低成本与节能环保，该技术经过多年不断发展，日趋成熟。20 世纪 90 年代， 西方国家就已进入产业化应用阶段，并对铝合金在汽车结构零件中的推广起到重要作用。目前，德国 EFU，法国 Pechiney，美国 Alunax公司，瑞士Alusuisse公司和意大利 Stampal 公司等，均已形成相当规模的产业，大量用于汽车零部件的制备。 铝合金半固态成形件单件尺寸与质量也不断加大，意大利 Stampal和 Fiat 公司生产的半固态铝合金零件重达 7 kg。
5）连续变截面辊轧板：续变截面辊轧板(TRB)轧制属柔性轧制技术，其原理是在轧制过程中通过计算机实时控制和调整轧辊间距，获得沿轧制方向上按预定的厚度连续变化的板材，以取代应用日益广泛的激光拼焊板。这样的变截面薄板经加工后制成的汽车零部件具有更好的承载能力，且能明显减轻车重。TRB轧制辊缝连续调整的关键是TRB板厚综合系统数学模型的建立。
6）内离压成形技术：内高压成形是一种复杂的加工工艺，涉及到物理非线性和几何非线性等大变形过程，对其进行细致的理论解析分析比较困难，因此需要采用有限元模拟方法，分析缺陷产生的原因。目前研究的热点集中在利用大型工程有限元分析软件如DEFORM和 LS-Dyna》D等进行数值分析计算，模拟调整各个控制成形参数的匹配关系，研究成形极限图，确定液体压力和轴向进给量的匹配对内高压成形质量的影响以准确反映成形过程，预报成形缺陷，获得最佳控制工艺参数，从而对实际生产有重要指导意义。
④LCA在轻量化技术上的作用：汽车轻量化技术的发展， 一个重要目的就是解决汽车产量和保有量不断增多对社会和经济带来的能耗、安全和环保 3 大问题。 LCA 是一种对产品的生产工艺及活动的环境负荷进行评价的客观过程， 它通过对能量和物质消耗以及由此造成的废弃物排放进行辨识和量化，来评估能量和物质利用对环境的影响，以寻求改善产品或其工艺的途径，是工艺评价的重要方法。 轻量化固然要减轻汽车的质量，但也要以不与汽车的 LCA 相违为前提，毕竟 LCA 追求的是产品全生命周期面向环境的设计， 可以最大限度地提高可耗竭资源的使用效率，减少材料与能量使用量；最大限度地使用可再生能源； 排除或最大限度地降低对能耗与环境不利的工艺的使用。
自上世纪70年代以来，随着材料技术和制造技术的进步，汽车自身重量在逐年减少，以美国为例，上世纪80年代初，中型轿车的平均质量为1520kg；90年代下降至1230kg。20 世纪 90 年代，奇瑞等汽车公司就开始进行相关试验。20世纪末和21世纪初，世界各国先后出现过百公里油耗3L的汽车。1998年德国大众推出路波3LTDI，汽车自身质量只有800kg。奥迪公司开发全铝型轿车Audi A2，汽车自身质量约900kg。目前，很多汽车的变速箱壳体采用的都是镁合金材料，例如上海大众桑塔纳轿车。随着镁合金材料性能的提升，如果曲轴的箱体材料由铝合金变为镁合金，那么，其质量将会减轻 30%；
如果能进一步改善镁合金材料的抗蠕变性能，那么，自动变速箱的箱体也可以使用镁合金材料制造。美国政府2009年5月公布一项汽车节能减排计划，目标是2016年，美国国内生产的客车和轻型卡车百公里耗油不超过6.62L，CO2排放量也比现有车辆减少1/3。 随着时间的推移，我国在汽车结构设计方面也取得了较大的进步，已经从依靠经验设计逐渐发展为应用有限元等现代设计方法实行静强度计算和分析的阶段。在薄板冲压工艺方面，上海通用、五菱与湖南大学合作，开展了深入的研究，而北京航空航天大学则利用开发的 CAXA 系统研究客车轻量化技术。中国汽车工程学会，一汽集团，东风汽车，吉利汽车，奇瑞汽车，长安汽车，上汽集团，北汽集团，长城汽车，中国汽车工程研究院，吉林大学，哈尔滨工业大学，华东理工大学，湖南大学，宝钢，西南铝业等15家，以及42家伙伴单位成员也已经组成联盟。致力于在汽车企业与科研机构、高等学校之间、上下游产业之间建立有效运行的产学研合作新机制，实现联盟成员的共同发展。
近年来，我国在汽车轻量化方面取得了不少成果。“九五”和“十五”及“十三五”期间，一批汽车新材料项目被列为国家“863”、“973”、“585”高新技术项目和国家科技攻关重大项目。此外我国政府也公布了汽车节能减排计划，2016年1月1日起执行，每年将设置油耗达标值，直至到2020乘用车平均油耗降至5.0升/100公里，这些都促进了汽车轻量化技术的进步。
四、汽车轻量化技术的发展方向：
汽车工业作为国家经济发展的支柱产业，目前正处于高速发展的时期，轻量化技术的运用并不成熟。面对新的能源危机和环境污染问题，对汽车轻量化的要求显得越来越迫切。实现轻量化是衡量汽车工业技术成就的重要标志之一，目前汽车轻量化技术还处于不成熟的阶段,未来将有很大发展前景。
汽车轻量化的研发，一是要打破轻量化技术发展所涉及的众多学科之间的壁垒，形成综合性、系统性知识体系；二是国家应该发挥作