轻量化发展趋势

轻量化发展趋势（精选9篇）

轻量化发展趋势 篇1

随着国内外汽车轻量化技术发展脚步的加快, 轻量化设计主要应用到汽车的设计前期。轻量化措施主要包括轻量化的结构分析和设计。在轻质材质的选取上主要包括:镁、铝、高强度钢、工程塑料、复合材料等, 并且将轻量化设计理念应用到汽车的配件制造、连接处防腐蚀等工艺中。

1铝合金

铝的密度是钢铁的三分之一, 机械加工性能是铁的四倍之多。所以, 铝在世界汽车制造中得到广大的应用。世界铝业协会调查数据显示, 2001年-2009年在汽车上用铝量将近翻了一倍之多, 预计到2019年, 中级轿车的用铝量将会达到130kg/辆。在汽车中主要采用的是形变铝合金和铝合金。形变铝合金应用到汽车面板的技术相对于铝合金较为成熟一些, 主要包括车门、发动机罩等。铝合金材料主要应用到汽车结构配件、保险杠等。但是, 铝合金的加工难度比较大, 焊接性能低, 成型性技术仍然有待提高。同时, 由于市场铝价比较高, 所以在应用铝合金时, 控制成本也是十分重要的。

2镁合金

镁合金和铝合金在性能方面差不多, 但是镁的密度要低很多。镁合金主要应用在汽车的油泵、曲轴箱、配电器、气缸体以及座椅、方向盘等中。镁合金在汽车中所面临的问题仍然是成本较高。我国的镁资源储备量在世界首屈一指, 但是在汽车中的应用却是很少, 需要继续开发和推广, 所以发展前景是十分可观的。

3高强度钢

高强度钢板不仅机械性能良好, 而且价格低廉, 利用现有的生产线就可生产, 这就大大降低了投资的成本。在等强度设计条件中可以适当削减高强度钢板的厚度, 但是我们主要把元件的刚度作为钢板厚度多少的标准, 所以实际削减钢板的厚度并不一定能使钢板的强度得到增加, 不可以较大幅度的减轻汽车的重量。高强度钢板具有使构件的能量吸收力得到提高、变形抗力得到增加以及弹性应变区得到扩大等特点。并且高强度钢板的成本较低, 预计高强度钢在汽车中的应用量会逐渐增加。目前各个国家把加速高强度钢技术主要应用在汽车的车身、汽车转向、汽车底盘等配件上。

4工程塑料和复合材料

塑料是以非金属材料等有机物组合而成的, 它的密度小、耐腐蚀、易成型, 而且隔热、防振动、隔音的效果也十分良好。和金属钢板相比, 它具有良好的触感和外观色泽。塑料的机械性能会随着时间推移以及外界环境温度的变化而发生变化。近年来数据显示, 在汽车中塑料的应用量逐渐增加, 占到汽车车重的23.8%。塑料大都应用在座椅支架、防震条、仪表盘、散热器罩、挡泥板等其他内外装饰性配件上。在汽车功能件的应用上塑料的用量也越来越广, 比如汽车的发电机部分以及冷却系统等等。在制作车身的覆盖件时也会应用到塑料。复合材料就是纤维增强塑料 (简称FRP) , 它同时具有纤维和塑料的性能。目前常见的FRP主要是根据不同要求选取热固性树脂和玻璃纤维加工而成。除了玻璃属于增强用的纤维之外, 其中还包括合成纤维、碳纤维等。基体树脂可根据不同要求选取酚醛树脂、环氧树脂等。复合材料具有密度小、易成型、耐腐蚀、设计灵巧雅观、隔电等诸多优点, 它同时具有耐热性差、生产效率低、不能达到生产无损伤等不足。目前汽车上应用的复合材料还不是很多, 但是随着汽车生产技术的改善和提高, 前景仍然是十分可观的[4]。

5其他轻量化材料

继金属和塑料之后又兴起了第三大类材料那就是精细陶瓷。虽然仅有20年左右的发展史, 但是它具有良好的化学性能 (耐氧化、耐热冲击等) 和力学性能 (耐腐蚀、硬度高、耐磨损等) 。把精细陶瓷材料应用到汽车零件中, 不仅轻量化了汽车, 而且因为它具有耐磨损、耐热、耐腐蚀, 在汽车热交换器和汽车发动机燃烧室等应用时, 它大大降低了油耗, 同时也大大提高了使用功率, 也间接的起到了轻量化设计的效果。另外, 蜂窝夹层材料具有密度低、高刚性、高强度的优点, 所在很早在飞机材料上就采用了蜂窝夹层材料。但是在汽车上应用的还不是很多, 相信随着应用研究的发展, 会得到更多的应用。

6结语

伴随轻量化技术的发展逐渐趋于成熟, 其生产成型技术、配件的连接也不断提高, 针对不同要求选取不同材质的轻质材料, 把多种材料进行混合以此达到结果设计要求。同样相同的部件可以由不同材料制造而成, 以此达到材料与汽车零件功能的双重最佳, 这必将成为未来汽车设计理念的发展趋势。目前为止, 这项技术还不是很成熟、还有待继续开发与研究, 未来必有广阔的发展前景。

摘要：为了降低汽车油耗, 节约能源, 抑制环境恶化, 提升汽车性能, 把轻量化材料应用在汽车制造工业中, 减少轿车重量, 是一种行之有效的方法。本文主要介绍了在汽车工业中引用轻量化的设计理念和一些汽车经常使用的轻量化材料。

关键词：轻量化,材料,机械性能

参考文献

[1]宋年秀, 刘祥斌, 曲秀丽, 等.基于MSC.Patran的牵引车车架轻量化设计[J].公路与汽运.2013 (2) :1-6.

[2]姜丁, 陶祥贺, 濮卉, 等.承载式车身——汽车轻量化的制胜法宝[J].汽车运用.2013 (3) :51-53.

[3]闫辉.汽车车身轻量化材料的应用研究[J].机械研究与应用.2013 (1) :140-142.

[4]刘会强, 杨红新, 熊飞, 等.汽车轻量化在整车开发中的应用[J].汽车与配件.2013 (10) :40-42.

轻量化发展趋势 篇2

AT&M记者:谈谈您对电动汽车轻量化问题的 看法。

陈一龙:电动汽车作为未来汽车的发展方向,受 到各国政府的高度重视,我国政府亦将其纳入战略新 兴产业,发布了鼓励电动汽车产销的政策,并作出产 业化的规划,这无疑是汽车工业发展的大好机遇。然 而,产业化的电动汽车与轻量化的关系问题却一直没 有受到各方面的足够重视,值得认真探讨。

2011年第4期《中国汽车参考》刊登了 “德国 国家电动汽车平台报告” ,介绍了德国国家电动汽 车平台灯塔项目的内容。显然,德国把电动汽车的轻 量化列为实现产业化的关键技术之一。2011年的奥 迪A3e-tron纯电动汽车自重1 592 kg,只比125 kW的奥迪A3sportback2.0 TDI quattrro 略重,在达到这 种轻量化水平下,仍在轻量化上投入大量资金作为单 列重大项目进行研究与开发,值得深思。据“报告” 所说,轻型车身立项原因很简单,就是要平衡电池引 起的质量增加。其作用定位是,使德国电动汽车和 国际竞争对手在技术上平起平坐,更可能使德国在电 动汽车技术上获得领先优势。这句“和国际竞争对手 在技术上平起平坐”是我们必须考虑的。解析一下就 是,没有一定轻量化水平的电动汽车是没有市场竞争 力的,是不可能实现产业化的,只能做示范用。在这种认识下,我们看一看国内电动汽车的质量 控制情况。目前国内自主品牌电动汽车的质量变化, 与同类对标燃油汽车相比,增重均在30%以上;而 合资品牌的增重在6%16%,不要与国外“略微增 重”(5%相比,已是大大落后了。如果再考虑碰 撞安全性,国外电动汽车均达到欧洲NCAP五星碰撞 标准,自主品牌电动汽车能得几个星呢?

由此看出,电动汽车的轻量化问题必须敲起警钟 了。其实张小虞先生2010年就讲过,轻量化问题已 经成了横亘在电动汽车发展过程中的鸿沟和大课题。其含义有三:一是受电池水平影响,电动汽车更需要 轻量化;二是没有相当轻量化水平的电动汽车由于缺 乏竞争力,不可能实现产业化;三是电池、电机、电 控系统的成本居高难下,国家已拿出巨额资金补贴电 动汽车的销售,电动汽车轻量化面临成本控制的巨大 压力。无论如何,电动汽车应当是具有相当轻量化水 本刊记者 纪维萍

平的汽车,而不是单纯靠电池驱动的汽车,它们应当 有轻量化的定位,达不到定位的电动汽车应当暂停开 发和补贴,否则是对资源的浪费(不可能实现产业 化。人们应当知道,汽车轻量化技术是共性基础应 用技术,是各种汽车不可绕开的技术。

总之,电动汽车列为国家战略新兴产业是汽车工 业发展的重大机遇,但实现电动汽车的轻量化又面临 巨大的挑战。因此,电动汽车轻量化技术路线问题理 应受到行业和政府有关部门的高度重视。

AT&M记者:请您预测一下未来汽车车身的主体 材料。

柏建仁:为了说明这一问题,先看一下目前应用 现状及各种材料的优势与劣势。车身轻量化途径包括 车身设计、材料技术与制造技术三个方面。从材料技 术而言,车身应用的材料有钢铁、铝合金、镁合金及 树脂基复合材料。依据车身应用的材料构成,将车身 分类为钢车身、以钢为主多种材料混合车身、铝车身 及复合材料车身。选择材料与相关的制造技术取决于 车的技术目标及成本结构。目前,市场上有多种车身 概念。

钢车身:通过应用更多的高强度钢及先进制造 技术减重,与软钢相比高强度钢一般减重10% 25%。应用高强度钢及先进制造技术,可提高燃油 经济性,提高被动安全性。与其他材料相比,钢的 价格也较低。典型例子为大众汽车的Passat CC , 高强度钢应用比例为 81%,其中超高强度钢应用比 例为29%。

多种材料混合车身:车身材料以钢为主,其次是 铝合金、复合材料及镁合金。多种材料混合车身充分 挖掘了各种材料的潜力,如铝保险杠梁改善了低速碰 撞性能,铝发动机罩改善了行人保护性能。典型例子 是大众汽车Bentley Continental GTC ,发动机罩及 门防撞梁用铝合金,行李箱盖外板用热固性复合材料 SMC,行李箱盖内板用镁合金。

铝车身:铝密度小,铝零件与钢件相比减重可 达50%以上。如果对零件简单地以铝代钢,减重可达 40%50% ,比以变强度钢代替普通软钢减重更多。但由于铝材价格高,铝车身一般用于高级轿车,目前 新能源汽车应用铝车身也是一种趋势。铝车身包含全 铝车身及以铝为主的车身。典型例子是Audi R8用铝 100%,Audi TT用铝69%。在用铝很多的车身中,也 发挥其他材料改善车身性能的优势。如Audi A8用铝比 例 92% ,部分采用了钢板,如侧面碰撞的关键零件 ——B柱使用钢板。

复合材料车身:以复合材料为主的车身。复合材 料也是轻质材料,减重效果明显。典型例子是丰田汽 车Lexus LFA车型,应用纤维增强复合材料41.3%、SMC13.7%、铝40.4%。

在欧洲车身会议文献中,自2006年至2011年发 布了72个车身,其中有32个钢车身、30个以钢为主 多种材料混合车身、8个铝车身及2个复合材料车身。从上述可见,在相当长的时间里,钢作为车身主 体材料的地位会继续保持;多种材料混合车身是发展 趋势,钢的用量会逐渐减少;高价格车、新能源车车 身应用铝、复合材料等材料也是发展趋势。

AT&M记者:谈谈您对高强度钢应用现状的看法。柏建仁:从上世纪70年代石油危机开始应用高 强度钢,初始目的是提高燃油经济性。伴随着汽车工 业发展,环保及安全日益重要,高强度钢应用也越 来越多。以日本轿车车身高强度钢板应用比例进展说 明:1980年为8.7%、1992年为23.3%、2000年左右 为40%、2002年达到50%。高强度钢应用进展主要 表现在以下几个方面:车身设计理念变化、应用比例 增加、钢的强度提高、零件制造技术发展。最近几年 国外开发的新车,乘用车车身高强度钢应用比例平均 约为60%,多的达到80%以上。第一代先进高强度 钢应用比

例增加,应用比例高的大约为20%。热成形 钢抗拉强度达到1 500 MPa、1 800 MPa。

2007年,成立轻量化技术创新战略联盟的时 候,对自主品牌车作过调查,高强度钢应用比例平均为25%,AHSS、UHSS应用少。这几年变化很 大,新开发车高强度钢应用比例超过45%,高的达到

60%,AHSS、UHSS 应用比例增加。

建议把轻量化纳入设计规范,同时注重安全性, 应用先进的制造技术。AT&M记者:请您谈谈辊压成形技术的应用现状 与发展。

柏建仁:辊压成形技术是一个很老的技术,说它 老,应用了很多年,但一直是等截面辊压。它又是一 个很新的技术,说它新,最近几年开发了变截面三维 辊压技术。其技术优势:生产成本低、生产效率高、材料利用率高、模具磨损低;即使材料为高强度钢, 成形后零件回弹较小;能成形复杂的截面形状,比普 通弯曲成形有更小的圆角半径;柔性,适合同系列车 型开发(零件只是长度、厚度变化;材料抗拉强度 超过1 200 MPa时,冷成形无能为力。制造的主要零 件有门窗框、保险杠梁、门槛、门防撞梁、顶盖横梁 等。欧洲汽车公司辊压零件与车身质量比约为5%, 预计将来可达到20%。最近几年开发了变截面三维 辊压技术。变截面零件合理设计型材的几何断面,提 高承载能力,减轻零件质量。瑞典ORTIC公司、德国 DATA M公司开发了第三代3D柔性辊压成形设备。一 汽与北方工大合作,正在研制3D柔性辊压生产线。应用的钢种主要为高屈服强度双相钢及马氏体钢。瑞 典SSAB公司开发了辊压成形用钢。

AT&M记者:材料轻量化与结构轻量化都属于汽 车轻量化技术,如何看待二者的辩证关系?

马鸣图:对二者之间的关系,我想还是从轻量化 的途径谈起。汽车轻量化首先从轻量化的概念开始, 然后通过优化设计取得轻量化的效果,再通过合理选 取高强度轻量化的材料取得轻量化的效果。要合理应 用高强度轻量化的材料,就必需应用先进的成形工 艺,从而取得轻量化的效果。因此,汽车轻量化是多 种专业优势的集成,多种材料优势的集成,多种先进 的加工成形工艺优势的集成。正如问题中所说,材料 轻量化和结构轻量化确实都是属于汽车轻量化技术, 二者是紧密相关的,为进行优化的结构轻量化设计, 就必需深刻理解高强度轻量化材料的性能和应用后的 轻量化效果,也就是在轻量化结构设计中,需要有轻 量化材料的数据库进行支撑,这样才能满足轻量化材 料应用时得到预期的轻量化效果。轻量化的结构是一 个零部件的概念,对某些汽车零部件仅依据某些轻量 化材料的性能尚不能完全准确地预测轻量化优化后的 零部件的功能。这里应该强调的一个概念是材料的性 能和零部件的功能既有关联又有不同。从材料到零部 件要经过一系列的加工,这些加工过程中有的可能提 升性能,有的可能降低性能,所以一定要具体分析。例如,采用双相钢DP600做冲压件,这类双相钢屈服 强度比较低,但加工硬化速率很高,应变硬化+烘烤 硬化可使初始屈服强度增加120160 MPa,如以初 始屈服强度来预测零部件的功能,就不能确切表征成 形后零件的真实功能。所以,在用材料性能预测零部 件功能时,一定要了解材料本身的加工特性和加工后 材料性能的变化。

AT&M记者:国内汽车未大量推广应用轧制铝合 金是什么原因?谈谈您的看法。

马鸣图:在变形铝合金中,有挤压铝合金、轧 制铝合金板材。轧制铝合金板材主要用于汽车的冲压 件。用铝合金板材做汽车冲压件,首先是可以减重, 如用铝合金板材代替钢板,可使发动机罩盖总成减重 40%50%;铝合金导热性好,有利于发动机舱的 散热。另外,用铝合金板材制作的发动机罩盖,还有 利于改善碰撞后对行人的伤害,有利于碰撞对行人法 规的实施,但是铝合金板材做汽车冲压件,需要解决 抗时效稳定性、烘烤硬化性、成形性、翻边延性、油 漆的兼容性、抗凹性等相互矛盾性能的合理匹配。AT&M记者:请您谈谈硼钢材料热冲压成形技术 在中国未来汽车业中的应用前景,在乘用车不同级别 车型中的应用零件种类。

马鸣图:热冲压成形技术最早于1970年在瑞典 首先开发成功。其技术的主要目标是把零件做得更 强、更轻。人们对汽车轻量化一直关注的问题是轻量 化能不能保证汽车的安全性。汽车轻量化是多种技术 优势的集成,其中热冲压成形技术就是使汽车零件更

强从而保证汽车的安全性,而又能够同时实现轻量化 的技术。这种技术是将零件加热到900 ℃以上,进行 奥氏体化,然后迅速移到冲压机的模子上进行冲压, 使零件在热状态下进行成形。不仅大大降低了成形 力,而且使复杂的零件能够一次成形。高温改善了板 材的成形性,在冲压成形的同时,在模子中以大于钢 材淬火时冷却速度的冷速进行冷却,从而使零件在保 压状态下进行淬火,得到全板条马氏体组织,极大地 提升了零件的强度。以目前应用广泛的22MnB5钢种 为例,这种钢种通过热成形后得到的汽车安全件其抗 拉强度可以超过1 500 MPa,有效地提升了在汽车轻 量化前提下汽车的安全性,取得了汽车零件轻量化、高强化和碰撞安全性的综合效果,因此热冲压成形是 一种有前景的先进成形工艺。正因如此,自1970年 以来,热冲压成形工艺发展很快,目前全世界已有近150条生产线,中国已投产和在建的也有10多条。热冲压成形零件在乘用车上有广泛的应用,其典 型零件有前、后保险杠,左、右A柱,左、右门B柱, 门内防撞杆,背顶横梁,中通道,左、右门槛等。最近有资料报道,VOLVO一些车型上,热冲压成形零 件用量已超过15%,新设计的车型将近20%;意大利 的Fiat一些车型上热冲压成形零件用量已超过25%;中国一些新开发的车型上特别是合资品牌,也开始应 用热冲压成形零件。目前,中国一些企业家看到这个 商机,对这一技术产生了很大的兴趣,并纷纷投资建 厂,有的设备全套引进。但是在引进中,国外不可能 给我们关键技术,因此还难以发挥引进设备的效益。更由于一些企业未掌握这一核心技术,导致设备的选 型、制作、工艺参量的制定产生诸多失误,投资不能 发挥效益,带来不少损失。从原理上看,热冲压成形 并不神秘,但是确实有诸多的核心技术和企业生产的 专有技术,这些技术不掌握,盲目投资,必然会带来 一些损失。因此,应该采用产、学、研、用的模式, 踏踏实实做些热冲压成形技术相关设备 的研发和技术 的开发,以形成我国具有自主知识产权的热冲压成形 设备生产线和专用技术,不要一哄而起,否则要么会 出现盲目引进,要么会给企业带来投资损失。目前, 该项目已经获得科技部的支持。中汽院、东北大学、华中科技大学、湖北永吉吉集团在科技部项目的支持 下,集成各方已有的热冲压成形技术方面的优势和研 发成果,打造中国一流的具有自主知识产权的热冲压 成形生产线,并形成完整的热冲压成形专有技术。AT&M记者:请您预测一下硼钢板材热冲压技术 中加热工艺的发展趋势。

马鸣图:目前,热冲压成形的加热工艺主要是采 用辊道式的连续炉。这类炉子的优点是自动化连续生 产,但是能耗大,辊子寿命有问题,更换辊子困难,使 用中有时也会出现一些质量事故,造价高。因此,最近已经出现模块化的多层箱式炉。这类炉子具有节能环保 的特点,但是对自动化的送料和总线控制系统要求比较 高,相对辊道炉炉门开闭次数也较多,影响炉内气氛和 保护气氛的用量。国外也有报道直接采用通电加热的方 式,由于热冲压成形零件的复杂性,这种加热方式难以 保证零件温度的均匀性,目前实施有相当大的难度。中 汽院和华中科技大学也在联合开发有关新的节能的加热 方式,一要保证加热效果,二要保证合理的节能,三要 保证炉子加热元件的使用寿命和可靠性、稳定性,因此 这方面还有大量的工作要做。另外,加热工艺与热冲压 成形的板材表面质量有关系,有镀层和无镀层板的加热 方式都会有些区别。因此,要保证我国热冲压成形技术 健康稳定发展,开发有镀层的热冲压成形用钢也是极为 重要的一个方面。

AT&M记者:请您谈一下铝合金板材成形技术的 发展趋势。

马鸣图:铝合金汽车板冲压成形技术是在铝合 金板材性能保证要求的前提下提出的。这里我应该强 调,汽车用各类钢板,包括高成形性板、一般高强度 钢板、第一代先进高强度钢板、第二代先进高强度 钢板、第三代先进高强度钢板都是钢铁企业的顶级 产品,它代表了钢铁技术的发展水平。而铝合金汽车 板,由于其性能的特殊性,比如它的总伸长率只有同 等强度钢板总伸长率的一半,因此其冲压工艺和成形

工艺、冲压过程中的各种参量和钢铁材料有一定的不 同,这也是铝合金汽车板冲压工艺和冲压模具设计制 造的专用技术。总体来说,铝合金汽车板的冲压成形 性要比钢板差一些。正因如此,为了改进铝合金汽车 板的冲压成形性,最近开发了一系列的专有技术。目 前,以下3个方面的成形技术研究较多。

热力液压成形技术:成形温度增加到170 ℃时, 拉深高度只从35 mm增加到38 mm;而当增加到250 ℃时,拉深高度可增加到60 mm。目前,世界众多著 名汽车制造商都在采用此技术。丰田公司所使用的板 材液压成形机的成形力达40 000 kN,能成形平面尺 寸为1 300 mm× 950 mm, 重达7 kg。

超塑性成形技术:美国摩根汽车生产的Aero 8的 铝制外覆盖件采用了超塑成形与手工成形的结合。在 福特公司生产的Ford GT全铝结构车上,几乎所有的 覆盖件都是用超塑性成形技术来生产的。

电磁复合冲压成形技术:电磁复合冲压成形的 冲裁时间只需10-210-4s;在传统冲压模具和润 滑条件下铝合金板材的成形高度为4.4 cm,在相同 的成形设备安装电磁成形线圈后,利用5.4 kJ 的能量 进行电磁成形,一次成形周期可控制在5 s以内,铝 合金板最高成形高度可达6.4 cm,结果铝合金板成形 极限提高了近47%。

AT&M记者:请您谈谈管类零件成形技术的发展 趋势。

苑世剑:空心轻量化构件的传统制造技术是先冲 压成形多个半片再焊接成整体,为减少变形,一般只 能进行点焊,截面不是封闭的,构件的可靠性较差。近20年来,在突破了超高压动密封和计算机闭环伺服 控制技术后,管材内高压成形技术逐步发展起来,并 迅速成为空心轻量化构件的主流制造技术。其基本原 理是以管材作坯料,通过向管材内部施加高压液体和 轴向补料把管材压入到模具型腔使其成形为复杂空心 构件。内高压成形件以空心替代实心、以变截面取代 等截面、以封闭截面取代焊接截面,比传统的冲压焊 接空心构件再减轻15%30%,并且由于构件的整 体化,大

幅提高刚度和疲劳强度,是轻量化结构制造 技术的实质性进步。欧美国家新型轿车大量采用内高 压成形构件,年产达到5 000万件,但是对我国实行 技术封锁和设备垄断。

为了提升我国自主品牌轿车的核心竞争力,哈尔 滨工业大学从1999年开始,在国内率先开展了内高 压成形理论、工艺、模具和装备的系统研究,并在汽 车行业取得大批量应用,多种产品用于航空航天重要 型号研制和批量生产,成为世界三大研发基地之一, 于2010年获得国家科技进步二等奖。2011年,哈尔 滨工业大学与一汽轿车股份有限公司等单位合作,在 汽车轻量化技术创新战略联盟支持下,承担了国家科 技支撑计划项目,进一步开展了内高压成形全过程仿 真技术研究、多孔同步液压冲孔技术研究和典型产品 内高压成形模具和工艺规范研究工作。通过解决各项 产品的内高压成形全过程工艺仿真技术、数控弯曲-预成形-内高压成形全套工艺技术,以及模具结构优 化与变形分析、形状尺寸精度控制、多点液压冲孔等 技术,为一汽轿车、北汽集团、长城汽车等企业自主 品牌轿车开发了20余种零件的内高压成形工艺和批量 生产模具,包括底盘关键构件副车架和扭力梁、车身 前支梁和排气系统管件等。目前,制约我国内高压成 形技术发展的重要因素是我国车企的内高压成形件设 计能力薄弱和内高压成形专用管材供应体系不完善, 哈尔滨工业大学开展了内高压成形零件设计规范研 究,开发了管材内高压成形性能直接测试设备,从汽 车内高压成形构件设计源头出发,到内高压成形件批 量生产,为国内汽车企业提供完整的解决方案。AT&M记者:请您谈谈汽车结构件中实心零件空 心化的发展趋势。

刘钢:石油紧缺、环境污染和气候变暖是人类 生存与发展面临的三大难题,大量石油被汽车等运输 工具消耗,所排放的废气更是空气污染和气候变暖的 主要因素。结构轻量化是运输工具节约燃料、减少废 气排放和提高安全可靠性的主要手段之一。轿车减重 10%,油耗降低6%8%;载货车减重会提高载货

AT & M A T & M I N T E 量；质量轻，惯性力小，利于提高汽车碰撞安全性。结构轻量化有两个主要途径：一是材料减重，也 就是采用低密度轻质材料；二是结构减重，主要是采 用空心变截面结构，进一步减重可在空心基础上采用 变厚度壳体和整体结构。因轻质材料成本往往较高，而力学性能往往较低，就金属材料来说，结构减重的 代价更小，范围更广，因此也更为重要。对于承受弯扭载荷为主的结构，采用空心变截面 构件，既可减轻质量又可充分利用材料强度。例如，采用内外径之比为0.85的空心轴代替实心轴，在抗扭 能力不变的前提下，质量可以减轻近50％。所以，国 内外汽车制造业均大量采用空心构件取代实心构件，不但实现结构的轻量化，而且节省材料、降低成本。AT&M记者：您认为怎样评价汽车车身轻量化水平最合适？ 王登峰：首先，介绍车身轻量化系数和轻量化评 价方法。汽车轻量化是汽车节能、减排、降耗的有效途径 之一，符合国家汽车产业中长期发展规划。汽车车身分为内外饰车身和白车身。带有内外饰 的全装备车身质量约为整车质量的2/3左右，而白车 身质量接近整车质量的1/3，该比例会随着不同类型 和级别的乘用车而有所不同，但差异不大。因此，车 身的轻量化对汽车轻量化意义重大。按照国家标准GB/T 4780—2000《汽车车身术 语》中的定义，白车身是由车身本体、开启件及其他 可拆卸结构件组成的总成，不含门窗和风挡玻璃，其 中车身本体定义为结构件和覆盖件焊接或铆接后不可 拆卸的总成。欧洲关于白车身的定义通常不包括四门 两盖等开启件和其他可拆卸结构件，相当于国标中车 身本体的定义。不论白车身的定义如何，其轻量化水平均可用白车身轻量化系数进行评价。该评价指标表 明，白车身的轻量化系数越小，其轻量化水平越高。但在对不同车型白车身轻量化水平进行对比评价时，必须明确白车身是如何进行定义的。按不同定义方法 计算出的白车身轻量化系数差异较大，只有按同一白 访 R 谈 V I E W 车身定义方法计算出的白车身轻量化系数才具有可比 性。目前，国内许多文献上关于白车身轻量化系数的 计算方法比较模糊和混乱。有些文献在计算白车身轻 量化系数时，参考欧洲的定义方法计算白车身的结 构质量，其中不包含四门两盖等开启件和其他可拆卸 结构件以及风挡玻璃，有的包括风挡玻璃。也有按国 标GB/T 4780—2000定义的白车身计算其结构质量，从而导致计算出来的不同车型白车身轻量化系数不具 有可比性。因此，用轻量化系数对

商用车轻量化发展契机凸显 篇3

有研究显示，如果汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%。通常车身约占汽车总质量的30%，空载情况下，约70%的油耗用在车身质量上。因此，车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。

值得注意的是，我国目前商用车车型结构偏大、偏重的趋势十分明显。其中乘用车重量平均比欧洲汽车重5%—10%商用车则达到17%。其中国内载重40吨的牵引车自重为9吨，国外先进同等车型只有 7吨；而国内自卸车自重则比国外多出3—4吨。

从保有量来看，目前我国乘用车和商用车的比例为7：3，耗油量却相反。经测算，如果国内商用车自重减轻10%，其油耗量就可以降低4.8%。到2020年，我国商用车自重若能比2007年的水平平均降低20%-35%，每年则可节约燃油2500万—3000万吨。

陈一龙给记者算了一笔帐：目前我国商用车保有量大约为435万辆，加之每年新增数量，如果全部替换成轻量化车，大约需要600万辆新车。即使分十年逐年淘汰旧车，每年也需要60万辆左右的轻量化车。如此，不仅对于整车企业是一大利好，也为节能减排工作做出了一大贡献。

瘦身计划实施中

轻量化发展倚赖新材料、新工艺以及新技术的发展。那么目前国内企业在这一领域的水平如何呢？

东风商用车技术中心工艺研究所所长康明介绍，国内商用车的技术工艺水平得到了长足发展，商用车的用材水平也得到了显著的提升特别是先进高强钢、铝合金、镁合金、非金属复合材料等，在国产商用车上已经屡见不鲜，促进了商用车的轻量化以及安全性、可靠性。然而，我国目前商用车先进材料的应用比例和应用的成熟度相对国外先进水平还是比较低的。

就货车而言，其钢铁的质量分数为：80%—84%；铝合金（含镁合金）为3.5%—4.5%；非金属为3.5%—4.5%；橡胶为7%—8%；其他1.5%—2.5%。与国际先进水平相比主要反映在我们的钢铁质量分数相对较高，而铝合金（含镁合金）及非金属的质量分数相对较低。

就客车而言，其钢铁的质量分数为70%—80%；铝合金（含镁合金）为1.5%—2.5%；非金属为8%—10%；橡胶为3%—6%；玻璃为2%—3%，其他2%—3%。同样，与国际先进水平相比主要反映在我们钢铁的质量分数相对高，而铝合金（含镁合金）及非金属的质量分数相对低。

吉林大学汽车工程学院教授王登峰进一步介绍，目前货车车架，一般都用500兆帕强度钢。如果未来客车的车架采用高强度钢，减重效果将非常明显。比如，宇通等客车企业的车身骨架，目前强度级别相对比较低，一般在300—500兆帕之间。从发展趋势看，这些客车企业未来势必会推广高强度钢，那时客车的车身重量将得到明显下降。

高强钢不仅可以推广在乘用车上，还可以推广到商用车上。他认为，商用车车轮一般用锻压铝合金，不能是铸造的，现在一般只有高档的大客车或牵引车会用到镁合金车轮。如果未来技术和成本达到一定平衡的话，商用车全面采用铝合金车轮的话，车身重要显然会大幅下降。

“商用车的制动系统，原来都是鼓式制动器，但盘式制动器可能是将来的发展趋势，它比鼓式轻很多，制动性能也好，但贵些。”王登峰说，现在很多商用车都是前面用盘式，后面用鼓式。将来前盘后鼓的趋势要扩大，有些客车可能采用全盘式，这样减重效果有非常效果。

铝合金在轿车的发动机和变速器上的应用已经十分普遍。王登峰表示，现在商用车也在铝合金化。众所周知，10档以下的商用变速器很重，如果采用铝合金的话，其重量会大大减少。据王登峰了解，陕齿、青山正在逐步铝合金化。

成本问题何解？

轻量化的用材相对较高，这在一定程度上制约了其发展。那么如何寻找低成本下的轻量化路线呢？

陈一龙告诉记者，目前正在为上汽安吉物流做轻量化实施。他介绍，安吉物流有3000辆轿运车，如果每辆减一吨的自重，该公司每年将增加5000万的利润。“减重一吨现在很多企业都能做，每辆车的减重成本也就1万多元，而每辆车的寿命至少为10年，轻量化带来的效益由此显而易见。”他认为，轻量化发展不宜一哄而上，应循序渐进。对于各方面性能良好的车辆来说，通过改造能够起到一定的轻量化效果，而由此带来的改造的成本对于企业来说是物有所值的。

以上仅为降低传统商用车的一项解决方案，要释放商用车轻量化市场需求，陈一龙认为最有效的办法是“治超”。

举个例子，2012年下半年，郑州市开展了大规模的治理超载超限行动，对郑州超载水泥罐车及其他超载货车进行为期60天的专项治理，对于超限超载车辆，将列入“黑名单”，累计3次超载将直接吊销营运证。很多原有的超载超限车辆进行了切割车箱以达到规定标准的情况，所以自卸车需求也开始向轻量化方向转型。这样一来，郑州市场包括周边市场的7—7.6米之间的轻量化自卸车需求量大增。

陈一龙分析，商用车是生产资料，运输效率高低直接关乎盈利情况。而在很长一段时间，由于信息不发达，运输公司及私营业主运输货物时常常是单趟满载单趟空载状态，为了保证利润，便采用超载的办法提高运输效率。

“但超载后患无穷，不仅对道路的损坏极大、增加交通事故发生率，而且减少新车需求、影响车辆性能、增加油耗。未来，大数据会随着物流业的进步而快速发展，运输过程中单趟满载单趟空载的状态会因此得到明显改善，越来越多的大型物流运输公司将会青睐油耗低、承载能力有保障的轻量化车辆，而摒弃超载运输。”陈一龙认为，在这一背景下，如果治超问题有效遏制，商用车轻量化需求会得到明显的改善。获益的不仅是整车企业，还有物流运输公司、消费者零部件企业和相关材料产业，“这是中国特有的发展契机”。

链接：

卡车企业的轻量化步伐

陕汽轻量化载货车登世界屋脊

近日陕汽与乌鲁木齐当地运输公司联合开展陕汽载货车“世界屋脊体验行”活动。总重65吨的德龙X3000轻量化载货车在世界最高最险的新藏公路，跨越近十座海拔5000米以上的达阪，最终顺利到达西藏阿里。

同路段、同工况，陕汽德龙X3000载货车与对比车型相比，优势明显。其中对比车型车货总重54.6吨，陕汽德龙X3000载货车比其多拉10吨多，但油耗费用，对比车型为6000元，德龙X3000载货车仅为6800元，合计一趟可以节省942.5元。

据悉，陕汽集团在2009年就成立了轻量化项目开发小组，同时启动了相关产品研发工作，先后在汽车轻量化悬架技术、轻量化驱动轴及转向轴等方面获得了11项实用新型专利。

陕汽相关负责人表示，未来公司将着重在商用车空气悬架系列化开发、公路标载车型轻量化开发、轻量化高效驱动桥研发、汽车大梁用高强钢研究应用以及复合材料、碳纤维材料等汽车零部件的研究与推广应用方面展开深入、广泛的研究与合作，进而吸引、凝聚和培养一批优秀的轻量化技术创新人才，进一步提高公司自主创新能力，带动轻量化产业链的健康发展。

重汽轻量化自卸车服役广州

2015年10月27日，泰安五岳公司向广州市场发交了9台轻量化耐磨钢自卸车。

根据全国各地重型车挂牌称重的变化，泰安五岳公司按照集团《轻量化自卸车标准方案通知》要求进行学习宣贯，并努力向经销商推广此种材质的自卸车。

当前，该9台车正陆续发到用户手中。之后，广州市场又确定要做5台耐磨钢产品的上装，其他市场也有经销商开始询价。随着国家对重型车重量要求的不断加强，轻量化自卸车在市场上将占领重要地位。

上汽推出牵引车轻量化产品

为培育新的市场增长点，上汽依维柯红岩公司开发并小批量推出杰狮6×4牵引车轻量化产品。

轻量化发展趋势 篇4

汽车工业已经成为我国国民经济发展的重要支柱产业之一, 自2009年以来, 我国已经连续五年蝉联全球汽车产销第一, 且未来仍有巨大的增长潜力。然而, 汽车给人们的生活带来方便的同时, 在能耗、环保、安全等方面存在重大问题, 节能减排已成为汽车行业发展的主要目标之一, 而汽车轻量化是实现车辆节能减排最有效且直接可行的措施。

汽车轻量化, 就是在保证汽车强度和安全性能的前提下, 尽可能地降低汽车的整备质量, 从而提高汽车的动力性、减少燃料消耗、降低排放污染。在稳定提升性能的基础上, 节能化设计各总成零部件, 持续优化车型。实验证明, 若汽车整车重量降低10%, 燃油效率可提高6%~8%, 排放降低5%~6%;而燃油消耗每降低1 L, CO2排放量将降低2.45 kg;汽车整备质量每减少100 kg, 百公里油耗可降低0.3~0.6 L;汽车整车重量降低1%, 油耗可降低0.7%[1,2]。因此, 由于环保和节能的迫切需求, 汽车轻量化已经成为世界汽车行业发展的主流趋势。

在汽车轻量化这个大前提下, 世界范围内衍生出很多新型材料, 新的技术替代原有材料和技术, 以达到轻量化、节能减排的目的。

2 三维 (3D) 吹塑成型工艺

近几年, 三维 (3D) 吹塑成型技术是吹塑工艺中一项重要的新发展, 也称少废料或无飞边的中空吹塑。随着工业制件形状和容器的复杂化、多样化, 采用常规的挤出吹塑工艺成型这类弯曲管件时, 由于型坯的平折宽度要比管件的投影宽度大, 会产生大量的飞边 (达50%) , 且夹坯缝较长, 不仅影响外观, 还影响制品的强度。然而, 三维吹塑成型技术不但飞边少, 并且制品上无合模线并可顺序挤出, 使用3D吹塑成型工艺可以加工[3,4]很多复杂形状的制品。

3D吹塑产品的成型过程:在模具的两半闭合之后, 吹塑型坯被挤压进入模腔中, 再引入型坯的另一端, 产生了一个“真空”流, 使它沿着模腔的整个长度走到要求的位置。吹塑型坯的两端闭合, 使用一个或多个针进行穿孔并将空气吹进内部。3D吹塑产品的成型工艺流程见图1。

随着3D吹塑成型技术的发展, 3D吹塑成型设备开始进入汽车零部件生产商家, 以满足复杂异形管路的生产, 扩大塑料零部件在汽车上的应用范围, 进而减轻汽车重量, 实现节能减排。3D吹塑设备作为现代先进的塑料零部件的生产设备, 具有适合性、便捷性、高精度、高效性等独特的技术特性。下面以ASPI系列吹塑机为例, 将其前沿技术特性见表1。

3 新型材料的优势

近年来, 由于发动机内部空间不断减小, 更小巧、强劲、先进的发动机 (直接喷射燃油、废气再循环等) 逐渐投入使用, 发动机内部空间的温度不断升高, 因此发动机周边塑料部件的耐高温性能变得越来越重要。同时, 实现汽车轻量化需要使用轻质材料, 但不能影响材料的使用性能。

为了满足轻量化及发动机工作环境的需要, 采用TPEE、尼龙合金、柔性PPA等多种新型材料制备3D吹塑管路。这些材料不仅具有普通塑料的优点, 而且具有独特的性能优势。与AEM和EPDM相比, 新型材料的性能优势主要有以下几点。

a.优异的物理化学性质。结构强度高、耐蠕变性好、抗冲击、耐弯曲疲劳、耐磨、尺寸稳定, 耐多种工业化学品、油和溶剂的腐蚀。

b.性能稳定。与橡胶的加工工艺相比, 尼龙合金等新兴材料的加工制品自动化程度高、工艺稳定, 制品性能稳定。

c.制品较轻。与AEM相比, 新型材料的密度较小, 壁厚较薄, 使得制品质量较轻, 不仅降低了成本, 还可实现轻量化, 满足节能减排的要求。材料密度与材料用量之间的关系见表2。

d.加工成本低。新型材料不需要进行热硫化, 因而使用简单的塑料加工机械即可制得最终产品, 提高生产效率。

e.降低环境污染。橡胶的生产过程中会产生废水、废气、粉尘及噪声污染, 同时还存在着化学原料的危害, 而新型材料在环境污染方面要好得多, 可大大降低对环境的污染程度。

f.可回收利用。橡胶材料回收困难, 回收方式耗能较大或产生二次污染;而新型材料可回收再利用, 能够节约能源, 减少环境污染。同时, 这些新型材料主要来自于植物油, 可生物降解, 符合生态设计概念。这一点在环境法规越来越严格的今天非常重要。

4 3D吹塑和新型材料在塑料零部件中的应用实例

汽车主要由车身、底盘、发动机和电气设备等四个基本部分构成, 而这四个部分又是由成千上万的零部件装配而成, 因此, 汽车轻量化实际上就是零部件的轻量化。统计显示, 汽车一般零部件质量每减轻1%, 可节省油耗1%;而运动零部件的质量每减轻1%, 可节省油耗2%[5]。发动机周边零部件质量的降低能更有效的提高燃油效率。因此, 用塑料零部件代替金属和橡胶管路成为降低车辆重量的有效措施。3D吹塑成型技术是生产发动机周边异形件的最优选择。发动机周边管路的工作环境见图2。

以发动机进气管为例, 3D吹塑管路具有以下优势。

a.技术优势。节约原材料, 制造复杂形状零件, 保证零件壁厚均匀。

b.耐高温环境材料。可以满足发动机内峰值在150~220℃之间的高温工作环境, 见表3。

c.与金属和橡胶管路相比, 3D吹塑管路所用材料的密度较低、且壁厚较薄 (见表2) , 减少了材料用量, 降低生产成本及管路重量, 进而实现车辆轻量化, 达到节能减排的目的。

d.与金属和橡胶管路相比, 3D吹塑的一体化成型技术, 使得管路总成的零件数量减少, 缩短组装时间, 组装方便, 见图3。

5 结论及展望

近年来, 汽车行业的发展方向主要是减轻自重, 提高燃料效率, 降低排放。为此, 汽车零部件生产厂家为了抓住汽车轻量化的发展商机, 将3D吹塑技术和性能优异的新型材料应用于管路系统的生产制造, 并取得了优异的成果。但是, 与发达国家相比, 我国汽车零部件的生产和新型材料的开发技术还相当落后, 严重影响了汽车轻量化的发展进度。因此, 随着汽车行业对新材料和新技术需求的不断增长, 与汽车轻量化相关的各研发部门及商家应该密切配合, 推陈出新, 围绕汽车轻量化, 加大自主研发投入, 尤其是先进成型工艺和新型材料的开发, 争取推出多项全球汽车轻量化新技术, 加快我国汽车轻量化的发展。

摘要：面对日趋严峻的能源短缺、环境危机等挑战, 汽车行业采取了重要的改进措施, 即汽车轻量化。汽车轻量化不仅能提高汽车的动力性、减少燃料消耗、降低排放污染, 还能提高安全性和舒适性, 是未来汽车行业发展的主要趋势之一。分析三维 (3D) 吹塑成型工艺和相关材料的优势、以及其在汽车零部件上的应用, 同时指出了我国先进技术和新型材料的发展趋势。

关键词：汽车轻量化,三维 (3D) 吹塑技术,新型材料,进气管

参考文献

[1]刘建才, 曹渡, 李剑等.塑料复合材料在汽车轻量化中的创新应用[J].现代零部件, 2013 (12) :39-42.

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[3]黄汉雄, 黄耿群, 李炯城等.吹塑的理论研究及高性能低能耗设备与关键技术研发[J].华南理工大学学报 (自然科学版) , 2012, 40 (10) :203-210.

[4]Ro-bert Leaversuch.三维吹塑成型技术取得前所未有的进展[J].前沿科技, 2004, 22 (10) :42-43.

轻量化设计 篇5

1994年,国际钢铁协会成立了由来自全世界18个国家的35个钢铁生产企业组成的ULSAB项目组。其目的是在保持性能和不提高成本的同时，有效降低钢制车身的质量。ULSAB项目于1998年5月完成，其成果是显著的 ULSAB试制的车身总质量比对比车的平均值降低25%，同时扭转刚度提高80%，弯曲刚度提高52%，一阶模态频率提高58%，满足碰撞安全性要求，同时成本比对比车身造价降低15%。

从1997年5月启动的ULSAC、ULSAS和1999年1月启动的ULSAB_AVC为ULSAB的后续项目也在轻量化研究上取得很大成绩。

除了以上提到的国际上著名的四个轻量化项目外，全世界范围内对基于结构优化的轻量化技术也进行了大量的研究。韩国汉阳大学J.K.Shin、K.H.Lee、S.I.Song和G.J.Park应用ULSAB的设计理念和组合钢板的工艺，对轿车前车门内板进行了结构优化，成功地使前车门内板的质量减重8.72%。此技术己在韩国一家汽车企业中得到应用。

通用汽车公司的R.R.MAYER 密西根大学的N.KIKUCHI和R.A.SCOTT应用拓扑优化技术以碰撞过程中最大吸收能量为目标对零件进行优化设计，此技术已应用到一款轿车的后围结构上。

瑞典Linkoping University的P.O.Marklund和L.Nilsson从碰撞安全性角度对轿车B柱进行了减重研究，研究以B柱变形过程中的最大速度为约束变量。以B柱各段的厚度为优化变量，以质量为优化目标，实现在不降低安全性能的条件下减重25%。

美国航天航空局兰利研究中心的J.Sobieszczanski Sobieski和SGI公司的S.Kodiyalam以及福特汽车公司车辆安全部门的R.Y.Yang共同进行了轿车的BIP(Body In Prime)基于NVH(噪声、振动、稳定性)和碰撞安全性要求下的轻量化研究，实现了在不降低性能的条件下减重15Kg。

近年来，交通运输、公路管理等国家部门在全国范围内对超载车辆的查处日益严格，《道路机动车辆生产企业及产品公告》管理制度13益规范和完善，政府出台了一系列政策、法规，大力倡导节能减排。这些因素促使道路运输车辆，特别是重型汽车，出现了轻量化的趋势。同时，迫于激烈的市场竞争、原材料价格上涨的压力，为降低整车成本、降低整车质量以提高载质量利用系数进，而降低车辆使用油耗，产品轻量化也是汽车企业自身发展的需要和应尽的社会责任。

减轻车架质量的方法不外乎2种：一是采用高强度材料替代强度相对较低的材料；二是对车架总成结构进行优化设计，提高材料利用率。经过初步工艺分析、成本核算，决定同时采用这2种方法对车架总成进行轻量化设计。

车架作为汽车的承载基体，支撑着发动机、离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货厢等所有簧上质量的有关机件，承受着传给它的所有力和力矩。因此，轻量化车架应能保证足够的刚度和强度，以使装在其上的有关机体之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身的变形最小；同时保证其有足够的可靠性和寿命，纵梁等主要零件在使用期内不应有严重变形和开裂[1]。

为缩短计算时间、降低计算难度，用于有限元分析的车架数学模型、各零部件的约束以及负荷，都已经过数学简化。这就注定了有限元分析与实际情况或多或少存在差异。为采集真实试验数据以验证有限元分析的准确性，有必要进行车架台架试验。而且，车架作为重型汽车的基础构件，与大量其他部件有装配关系，一旦车架结构改动，很可能牵一发而动全身。所以，稳妥起见，也有必要进行车架台架试验。

为减轻节能车车架质量,获得良好的燃油经济性

既然车架台架试验是为了验证有限元分析，那么台架试验就应该按照有限元分析的方法(即弯曲、扭转2种工况)进行。

台架试验的主要内容包括各工况的应力测量、弯曲工况疲劳试验、扭转工况疲劳试验，试验严格按欧洲标准进行。

为了得到尽可能符合实际需要的设计，必须选择足够多的状态变量。但是为了加快优化进程，必须消除不必要或冗余的状态变量。太多的设计变量增大了收敛到局部最小而非全局最小的概率，必须尽量减少设计变量。采用变量关联的方法，将车架结构上互相有联系的非独立尺寸按照比例关系确定。将设计参数分为4类：梁的厚度、梁的截面宽度、梁的截面高度和布置尺寸。

随着汽车轻量化技术日益受到重视，对高强钢、铝合金等轻量化材料的应用、液压成型等先进制造工艺的工程化、新型轻量化结构等方面的探讨，将成为汽车行业研究人员关注的热点。而本文给出的概念模型拓扑优化分析实例，进一步说明拓扑优化技术在寻找新型轻量化结构方面，将起到举足轻重的作用。

车辆轻量化是减少原材料的消耗、降低车辆的生产成本、减少排放的最有效措施之一。对于特种重型专用车，车架自重和其所占整车重量比例均较大，因此减轻车架自重对车辆轻量化研究具有重要的意义。减轻车架自重一般有两种途径：一是从新材料人手，采用轻金属或现代复合材料”3等低密度材料制作车架，以减轻结构重量；二是从优化设计人手，对现有钢结构车架进行结构优化设计，在保证承载能力和可靠性的前提下减轻其质量。前者轻量化效果明显，减重幅度比较大，但具有研发成本高，工艺复杂等困难；后者成本低容易实现，如果方案得当也能得到良好的轻量化效果 专用车通常采用边梁式车架结构，影响车架重量的主要因素为结构参数，如车架的几何尺寸和板壳厚度。如果以结构参数

为设计变量，以车架结构重量为优化目标，则车架轻量化结构优化设计数学模型一般可表示为：

中，gi(X)为不等式约束函数，hj(x)为等式约束函数，m为不等式约束个数，l为等式约束个数。约束条件可以是强度约束、刚度约束、动态特性约束以及几何约束等。

考虑到纵粱在车架质量中占有较大的比例，因此选择纵梁作为优化的具体对象。等截面纵粱的腹板和上下翼板厚度沿长度方向不变。优化方案jiang纵梁土翼板和腹板分别划分为前、中、后三段；将下翼板分为有加强板和无加强板两段；加强腹板整体作为一部分。取各段各板的厚度为变量，一共可得到9个优化设计变量。优化设计变量初始值以及优

虽然优化结果使得纵粱各段钢板厚度不相等，会增加制造困难，但采取工艺改进实际上是可以实现的，因此本文的方法和结果对重型车架从理论上和实际上均有良好的参考价值。

轻量化发展趋势 篇6

记者:您是什么时候起开始研究汽车轻量化技术的?是怎样的情况让您关注到这样一项技术?

王立耀:早在20世纪70年代, 欧美国家兴起了轻量化理念和技术。轻量化一诞生就受到了高度关注和重视, 政府、企业都投入了巨资进行技术研发和应用。1986年, 我第一次赴加拿大、美国考察。在参观商用车车展和考察专用车企业时, 我开始注意逐渐重视汽车轻量化这一技术, 发现这是一项可以很好地实现节能减排提增效益的技术, 可能会成为汽车尤其是商用车未来发展的必由之路。回国后, 根据国外考察期间所获得的材料, 开始了对轻量化的研究。此后十几年, 每次出国考察, 轻量化技术都是考察重点。不仅如此, 我也非常鼓励国内有条件的汽车制造商特别是商用车制造商多出去走走, 见识轻量化带来的惊人改变, 同时要多想、多看、多照, 虚心、学习、借鉴、消化、吸收“拿来借鉴主义”, 发达国家商用车辆的今天就是我们商用车辆的明天, 要多看发达国家商用车展览会, 毕竟行万里路要比读万卷书来得快的多。长期积累良性循环必有良好的效果。现在, 已经有不少企业开始尝试研制和使用轻量化技术制造的运输车辆。

记者:采用轻量化技术, 需要解决哪些难题才能真正让车辆体重“降”下来。您认为最难克服的是什么?

王立耀:车辆每减重100kg, CO2的排放量即可减少大约5g/km。不仅如此, 据世界铝业协会提供的数据, 一般情况下汽车每减少10%的重量, 其燃油消耗便可降低6%～8%。

汽车轻量化实质上就是零部件轻量化。要让车辆体重真正降下来, 就要改变汽车原来的材料。就拿锻造铝合金车轮辋来讲, 传统汽车都是钢板开卷下料、分体焊接、旋压成形制造, 而采用锻造铝合金车轮, 无须焊接, 整体成形, 动平衡只有10几克左右, 同时还可以很大程度减轻整车的自重和非载簧质量, 减少车架的疲劳。比如, 一辆拖挂40吨的重卡和半挂车运输系统, 一共有22个车轮, 加上前后备胎共有24个。将目前常用的钢质车轮换成锻造铝合金车轮, 重量可减轻近600kg。不仅如此, 由于铝合金材料具有散热好和防止轮胎橡胶老化的特点, 安装上锻造铝合金车轮的卡车、客车、挂车可节省近30%的轮胎消耗。由此可见, 节能减排的效果多么明显。在美国和加拿大, 大量公路用商用车辆大都配装了锻造铝合金车轮。欧洲、南非、澳大利亚大量采用的也是锻造铝合金车轮。

传统车辆大多采用钢结构材质, 很少有人愿意尝试用质量更轻的铝结构材质。同样一辆车, 采用铝制材料, 由于结构强度问题, 其重量至少可以降低一半, 它的节能减排效果显而易见的。但是, 轻量化也不是只有优点没有弱点, 价格偏高是它的致命弱点。与钢车轮相比, 轻量化铝车轮是它的3倍。这一对市场影响颇为关键的成本要素, 很容易让车辆的终端使用者尤其是运输企业望而却步。但是, 从长远看, 使用轻量化汽车带来经济效益是可以很快回收成本的。假定公路普通货物整车的运输价格为0.5元/吨公里。如果我们将一辆载重40吨重型半挂车的车架 (纵梁、横梁) 、油箱、车轮、牵引座、护栏等零部件均换成铝制材质和真空胎。换算下来, 总质量可减轻大约3吨左右。在此前提下, 假设该车每天行驶的里程为1000公里, 每天将可节省1000多元。若一年以300天计算, 减重后的半挂车比未减重的可节省支出数十万元。目前国内已有一些物流公司在这方面尝到了甜头。

记者:刚刚您对轻量化汽车的成本和收益算了一笔账。近几年, 国家以法律法规形式进行对汽车耗油量规定与限制, 与普通商用车相比, 轻量化商用车的耗油量会降低多少?它会增加多少运输收益?这其中怎样计算?

王立耀:汽车的重量和耗油量是成正比的, 而两者都关系到汽车的运输收益。这里有个计算公式, 运输收益因素=装载量×利用率×平均车速×正常运营时间×运营里程。其中, 装载量是决定运输收益的重要因素, 轻量化是实现装载量最大化的最有效途径。

以目前国内已有的技术计算, 车架 (纵梁、横梁) 、油箱、车轮、牵引座、护栏等零部件均换成铝制材质重量均可减少50%左右, 除此之外, 其他零部件能使用铝材料的重量也会大幅下降。整车重量的下降将带来汽车耗油量的下降, 车辆行驶时所交的过路费也会降低, 运输成本随之下降, 从而提高了运输收益。

记者:目前的轻量化技术中, 采用铝合金材料偏多, 除此以外, 还有没有其他的材料可以替代钢材。

王立耀:铝合金由于具有重量轻、抗压强、散热好等优点, 因此在轻量化技术中受到青睐。要让车身重量减轻, 使用铝合金一个很好的办法, 但不是唯一办法。比如我们常用的钢材, 其实也是可以通过技术加工, 来改进它的性能, 变成高强度钢板。与传统钢材相比, 高强度钢板的重量至少减轻10%以上, 且具有质轻、强度高等很多优点。

用新型轻质材料来代替传统钢材, 只是达到轻量化的有效、便捷的方法。改进车辆内部结构设计同样可以达到减轻车辆自重的效果。所以说, 实现轻量化的方式是多种多样的, 可以多种办法并用。

记者:相关统计显示, 2010年全球汽车保有量将突破10亿, 由此带来的环境、能源等问题将进一步加剧。轻量化技术在中国市场的推广有怎样的意义?如何解决目前的在推广过程中遇到的困难?

王立耀:轻量化首先是一种节能环保的观念, 在能源危机的今天, 它的实现更具现实性, 对汽车工业的未来发展有着非常深远的意义。特别在当下, 随着我国“治超”力度的加大以及计重收费的全面推广实施, 轻量化的推广是提高运输企业运输收益的有效举措。至于全面推广, 作为终端使用者的运输企业会首先考虑成本问题, 也就是轻量化汽车的价格。目前, 轻量化零部件的价格估计要高出普通汽车部件的3倍。不过, 随着轻量化技术的不断进步和对新型轻质材料的研究, 会给市场带来多样化的选择, 会带来物美价廉的轻量化产品。不论如何, 传统汽车推出市场, 轻量化汽车“大行其道”是必然的, 将在不远的未来实现。

采用轻量化技术所增加的成本在出勤率正常的话, 当年即可收回增加成本, 而第2、3、4、5……….n年就是净利润。

总结:商用车轻量化, 归根结底是为了降低运输损耗增加收益, 在燃料无法升级换代的情况下, 增加燃料的利用效率, 降低燃料在单位运输里程内的使用量, 是最直接最有效的途径。博采众长洋为中用, 在全球化的今天, 值得推荐和赞许的办法, 如何消化并有利于国情, 这才是今后我们在商用车轻量化道路上需要加倍努力的工作重心。

北美汽车轻量化材料技术发展动态 篇7

关键词：北美,汽车轻量化,轻量化材料

2012年8月, 奥巴马政府发布了2025年企业平均燃油经济性法规的最终版本。按照新法规, 美国各车企2017~2025年款新车的燃油经济性平均值应达到54.5英里/加仑, 约合4.3 L/100 km, 比当前水平提高了近一倍。2014年2月25日, 奥巴马宣布将出资1.48亿美元建立轻量化金属材料研究基地。在油耗法规和研发资金的双重政策支持及引导下, 汽车轻量化技术的发展已成为北美汽车工业稳步复苏过程中的一个重要的战略方向。

1 北美汽车轻量化材料的应用

轻量化材料有两大类:一类是低密度的轻质材料, 如铝合金、镁合金、塑料和复合材料等;另一类是高强度材料, 用来减小钢板厚度, 如高强度钢、超高强度钢等。常见的轻量化材料相对于低碳钢的减重效果见表1, 从表中数据可看出应用轻量化材料较低碳钢减重15%~60%。

1.1 铝合金的应用

目前, 铝合金是汽车工业中最常用的轻量化材料, 具有质量轻、成形性高、耐腐蚀、高强度等特点, 使车辆更轻便、坚固、耐用、省油, 且铝合金熔点低, 便于回收。据美国铝合金协会调查数据显示, 在一辆汽车的生命周期结束时, 车用铝合金零部件的回收率平均高达90%。

在北美汽车市场中, 铝合金是仅次于钢铁的最常用的材料, 是构成气缸体、气缸盖、壳体、转向盘骨架, 底盘部分支架等零部件的主要材料, 且制造工艺及生产流程均已成熟, 已实现批量应用。图1所示为凯迪拉克某车型的铝合金支架, 采用大型空心铸造方式生产, 比钢铁材料支架减重40.7%。近几年, 随着材料技术和制造工艺技术的提升, 铝合金在车身、车门和车盖上应用比重也越来越大, 如新一代福特F-150的全铝车身。

1.2 镁合金的应用

镁的密度低于铝和钢, 强度高于铝和钢, 刚度与铝和钢接近, 具有良好的铸造性能, 轻量化效果显著, 被誉为可替代铝的轻量化材料。但由于耐腐蚀性差、生产工艺技术不成熟、材料成本高等原因, 镁合金在汽车上的应用发展比较缓慢。

北美是世界上汽车镁合金用量最大的地区, 正在使用和研制的镁合金汽车零部件有100多种, 多以压铸件为主, 取代铸铁、铝合金、塑料和钢制冲压焊装组合件, 包括转向盘、离合器、传动外壳、轮毂、发动机支架、行李箱盖板等。图2所示为雪佛兰克尔维特车型上应用的镁合金发动机支架, 质量为10.4 kg, 较铝合金支架减重35%。图3所示为通用开发的镁合金行李箱盖内板, 质量为1.2 kg, 较铝合金材料减重25%。美国汽车材料协会 (USAMP) 预计, 到2020年北美生产的每辆汽车镁合金用量约达到160 kg。

1.3 碳纤维的应用

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料, 其强度达到钢铁的10倍, 质量仅为钢铁的1/4。碳纤维应用于汽车领域, 可极大地减轻汽车自重, 有效地降低二氧化碳排放量, 是一种不可多得的轻量化材料。

由于材料成本较高, 量产工艺不成熟, 碳纤维未在普通轿车上推广应用, 仅集中应用于中高端跑车、运动赛车和一些高端越野车上。但作为新兴材料, 碳纤维的成本有大幅压缩的空间, 未来将会是一种重要的轻量化材料。目前, 北美汽车整车企业及零部件企业正在研究和开发越来越多的碳纤维产品, 北美一家碳纤维产品供应公司开发出双层材料发动机罩, 该件由两部分组成, 外部结构面板采用轻量化玻璃增强纤维镀膜板, 见图4;内部结构面板则采用碳纤维增强材料镀膜板, 见图5。与钢制发动机罩相比, 普通碳纤维发动机罩减重幅度约为20%, 而这款双层材料发动机罩减重幅度高达47%。

2 北美典型轻量化车型介绍

在传统观念中, 北美汽车的主要特点是大、沉重及高油耗, 随着轻量化技术的发展, 这些传统观念逐渐被改变, 北美汽车企业用更多的轻量化产品来证明北美汽车也可以更轻便、灵活、节能、环保。

2.1 2015款福特F-150

作为北美汽车文化的象征, 皮卡在美国汽车市场上占据着不可撼动的地位。福特F-150是销量最高的一款经典皮卡车型, 传统皮卡主要使用钢材, 整车质量大, 燃油消耗高。

福特公司从2009年开始研发新一代F-150, 用全铝车身代替钢制车身, 且悬架系统、车门、发动机罩、前/后保险杠等部位也采用铝合金。由于铝合金具备高度抗氧化性及防锈特性, 因此铝制车身不仅能够有效保护汽车外观, 而且内部的零部件不易氧化或腐蚀, 极大地提高了汽车的耐用性。与现款相比, 新款车型将减重340 kg, 燃油经济性将提升20%, 将成为有史以来最节油的皮卡车型。2015款福特F-150的全铝车身见图6。

虽然铝合金材料成本较钢铁高, 但铝合金可大幅度地减轻车身质量, 提升燃油经济性能, 减重之后, 车辆的操控性也可得以改善, 整体而言可提升车型的市场竞争力。

3.2 2014款凯迪拉克ATS

凯迪拉克ATS是一款紧凑型豪华运动型轿车, 应用了大量有效的轻量化材料, 将整车质量控制在1 550 kg, 有可能成为同级车型中最轻盈的车。

凯迪拉克ATS采用多种轻量化材料, 大到车身构造, 小到内部配置, 每一处细节都体现了轻量化设计。整车大量使用高强钢和超高强钢, 这些钢材的强度是普通钢材的4~8倍, 提升整车强度的同时也均衡地控制了质量;全铝前副车架及镁铝合金悬挂构件比钢制冲压副车架减重近50%;全铝发动机减轻了车头质量, 实现了50∶50的重量分配, 改善了操纵性;镁合金发动机支架及铝合金发动机罩比铸铁支架、冲压钢板减重50%;声学夹层前风窗玻璃替代钢化玻璃, 减重的同时降低了风噪声;车内的Bose音响采用了更高级的钕磁铁作为扬声器材料, 比普通磁铁材料扬声器更轻薄, 可以安装在车辆任何位置, 保证高品质音色的同时又减轻了车身质量。凯迪拉克ATS的“元素周期表”见图7。

4 结束语

北美国际汽车展是全球五大车展之一, 展示的新产品和新技术代表着全球汽车工业未来的发展趋势。2014年, 北美国际汽车展的一个重大产业变革是各车企相继推出或研发更轻型的车身及零部件, 由传统材料逐渐转向高级铝合金、镁合金和碳纤维等轻质材料, 且“多材料组合的轻量化结构和合适的材料用于合适的部位”无疑是未来轻量化选材的发展方向。

轻量化发展趋势 篇8

在众多的移动起重机体系中, 汽车起重机作为一种将起重机系统安装在特制的汽车底盘上的便携式起重机, 可以在各类公路上快速行驶, 具有机动性、灵活性等特点, 因而, 在起重设备市场中占有相当大的份额。进入21世纪后, 国内汽车起重机得到了跨越式的发展。然而, 我国汽车起重机行业的快速发展, 主要是依托当前国家对各类基建工程项目的大量投资, 汽车起重机销量虽然大幅度增加, 但是在其设计和制造方面, 如汽车底盘技术、起重臂及其伸缩系统、整机结构优化设计、电液控制技术以及材料设计等方面仍与国外同行业先进技术存在较大的差距。

1 国内汽车起重机的发展与不足

在汽车起重机行业中, 根据起重量的大小, 通常将汽车起重机分为轻型 (<5t) 、中型 (5~15t) 、重型 (15~50t) 、超重型 (>50t) 等几种类型。目前, 国内在中小吨位汽车起重机 (<25t) 的关键技术和性能等方面的研究上取得了较大进展, 技术逐渐成熟, 相应的产品可以满足出口国外的要求。然而, 由于工程建设项目的大型化, 各种建设装置及施工设备的重量也越来越大, 使得超重型起重机的市场需求不断增加。因此, 为满足市场需求, 开发新型大吨位 (>150t, 甚至千吨级) 、长臂架的汽车起重机成为国内核心起重机生产企业的重要发展方向之一。

目前, 国内起重车的设计过于重视整机的安全质量, 给起重机设定了过高的安全系数, 导致起重机的结构和元器件笨重繁琐, 体积和自重大, 其金属结构自重约占整机重量的40%以上, 而一些超重型起重机, 其金属自重甚至高达70%~90%。随着起重机向大吨位方向发展, 起重机的自重也将越来越大, 使得起重机制造过程中消耗大量钢材, 导致能耗大幅增加和尾气排放有害物质增多。这不但在生产上要耗费大量的金属材料, 而且过高自重会给汽车起重机的轮压以及路基路面等的承载能力带来更大的技术挑战。

在保证整机起重量和安全性的前提下, 优化汽车起重机的设计结构, 减轻其自身机构, 如汽车底盘等的重量, 不仅可以节约大量的制造材料, 降低生产成本, 还可以降低整机负荷和承载设施的造价, 并且对减少能耗及排放、节能环保具有重要意义。因此, 开展汽车起重机轻量化技术的研究, 并将其应用到实际中, 成为当前国内汽车起重机发展的必然趋势。

2 汽车起重机轻量化发展策略

当前, 通过优化设计结构和开发新型结构材料替代钢材料, 从而实现汽车起重机的轻量化设计和制造, 是我国汽车起重机的主要技术发展方向之一。然而, 汽车起重机行业的轻量化技术和新型轻质结构材料的开发和研究还不成熟, 并未完全实现汽车起重机尤其是其核心构件如车架底盘、转台和起重臂等的结构轻量化设计。

2.1 汽车起重机核心结构的优化及设计

车架底盘、转台和起重臂等是汽车起重机吊载工作时的主要承力结构件, 其重量约占汽车起重机总重量的50%, 因此, 是国内外对汽车起重机进行轻量化设计的首选构件。通常, 需要利用结构和仿真模拟软件, 分析其应力及变形情况, 从而在保证其强度、刚度和稳定性的基础上, 在低应力区域减轻材料重量或优化结构设计, 以实现核心构件的轻量化。

2.1.1 车架底盘

车架是汽车起重机的重要承载构件, 包括车架前段、车架后段、固定支腿等几部分, 其中车架后段及固定支腿是整机的主要受力部件, 通过回转支承机构与转台连接, 同时车架上还安装有发动机、驾驶室、传动系统等部件。因此, 车架除了承受自身重量外, 还受到其他构件自重、吊重及吊重引发的偏向力矩的交互影响, 应力状态非常复杂。

通常, 汽车起重机车架后段一般设计为封闭型凹型大箱型结构, 同时为保证足够的刚度, 箱体内和回转支承处加装有多条纵向和横向隔板, 而固定支腿箱则通过上、下封板与车架焊接在一起。然而, 通过ANSYS模拟汽车起重机在正前方吊载、正后方吊载、正侧方吊载和后方45°吊载等多种工况下的应力分布, 结果发现常规车架的回转中心处承载的应力和变形较大, 固定支腿箱与车架焊接处存在应力集中, 易发生断裂事故, 并且车架两端强度裕量过高。通过去除车架两端部分的纵向对称隔板, 并将前端的部分隔板移动到后端固定支腿处, 同时将固定支腿箱与车架的焊接处改成圆角过渡, 既可保证车架整体应力在许用应力范围内, 避免了应力集中等产生的断裂破坏, 又可将车架重量降低8%左右。

2.1.2 转台

与车架相连接的转台是汽车起重机支撑起重臂的重要机构, 起重作业中的起升、变幅和回转都需要其来完成, 不过该处一般不存在应力集中现象。在轻量化设计中, 可以利用高强度的钢如BS600、HG70等替代传统的低强度碳钢Q235, 从而降低转台钢结构的厚度, 达到减重的效果。

2.1.3 起重臂

起重臂作为汽车起重机吊载工况下的主要承力构件, 其自重通常占整车重量的10%~20%。因此, 在保证起重臂安全工作的条件下尽量减轻起重臂的重量, 对提高汽车起重机的最大起重量起到决定性的作用。

通过对起重臂箱体材料的选择和起重臂几何形状的设计, 可以在提高起重臂的许用应力范围的基础上, 降低起重臂的重量。同时, 结合ANSYS等模拟软件分析起重臂的应力分布, 从而在满足起重臂许用应力的前提下, 尽可能减小起重臂钢板厚度。例如, 利用轻质高强度的铝合金臂架代替传统的钢质臂架, 可以将重量降低30%以上;对汽车起重机的起重臂截面采用椭圆形截面替代原有的四边形截面设计, 改善了起重臂上的应力分布, 并且可以避免附加加强筋, 从而也减轻了起重臂的自重。此外, 汽车起重机的起重臂伸缩技术, 采用单油缸插销自动伸缩技术替代传统的双油缸+钢丝绳排同步伸缩技术, 既可以满足长臂架 (>5节) 起重臂伸缩的需求, 又去除了钢丝绳等钢构件, 进一步降低了臂架重量。

2.2 汽车起重机构件的选材

采用先进的轻质材料替代传统的高重量钢, 是汽车起重机轻量化发展的一个重要环节。随着材料技术的不断进步, 可以应用到起重机上的轻质高强度材料越来越多。各种新型的轻合金高强度结构钢如Weldox1100型钢板, 其厚度仅为4mm, 强度远高于传统的厚度更大 (>10mm) 的中碳钢钢板, 将其应用在起重机主梁、车架等核心部位, 既能保证起重机的刚度和强度要求, 又显著降低了其自身重量。其他的轻质高强度合金材料, 如铝合金和钛合金, 其密度分别为钢的1/4和1/2, 但其强度却接近甚至高于传统的钢材料, 如果能够降低其生产成本, 将有望在汽车起重机臂架、发动机壳体等重要构件上得到广泛应用。

此外, 多种非金属材料, 如尼龙、碳纤维、玻璃钢等, 具有强度高、密度低的特点, 可以替代金属材料制造一些结构件、骨架等。例如, 采用高强度的尼龙替代钢质滑轮、钢质柱销联轴器等, 可以减轻起重机起升及运行机构的自重。碳纤维材料的密度不足钢的1/4, 强度却是钢的8倍左右, 利用碳纤维材料替代传统的钢丝绳排, 不但降低了起重臂的重力, 有助于起重臂臂长的增加, 而且提高了起重机的起重性能, 对开发大吨位汽车起重机具有重大的应用价值。

3 结语

汽车起重机的轻量化是我国起重机行业的重要发展方向之一, 应通过对其核心部件进行结构优化和选材设计, 使其起重性能更加可靠、能耗更低, 从而带动国内汽车起重机行业向高端、世界先进水平发展, 以提高国产起重机在世界市场上的核心竞争力。

参考文献

[1]王庆远, 唐红美.汽车起重机发展趋势浅析[J].工程机械文摘, 2012 (2) :48-50.

[2]许光虎, 李法德, 徐江, 等.汽车起重机车架的有限元分析及轻量化设计[J].农业装备与车辆工程, 2014, 52 (5) :37-43.

轻量化发展趋势 篇9

中国建筑陶瓷有着悠久辉煌的历史, 但现代陶瓷外墙砖始于1926年上海泰山公司。解放前民族建筑陶瓷工业发展迟缓, 新中国成立后, 迅速恢复生产, 改造老厂和建设新厂, 初步形成工业体系。此后, 又经历了1961年至1978年曲折前进的18年, 直至改革开放后, 我国建筑卫生陶瓷工业跨入了持续高速发展的辉煌时期。上世纪90年代之后, 我国建筑卫生陶瓷工业飞速发展, 1993年陶瓷砖产量跃居世界第一。进入21世纪以来, 我国建筑陶瓷砖行业又有了新的发展, 陶瓷砖出口量跃居世界之首, 在生产技术装备的大型化、高效化走在世界前列。例如国产的100t的间歇式球磨机、科达的7800t压砖机、力泰的7200t压砖机是世界上吨位最大 (在用) 的陶瓷全自动液压压砖机、内宽2.6m, 长288m的辊道窑、加工砖最大宽度达1200mm, 800×800mm的砖日加工量达5000m2的抛光线等。中国的建筑陶瓷机械已从上世纪80年代起的大量进口变为现在的源源不断地出口, 在印度、越南、伊朗、孟加拉、朝鲜等发展中国家使用。另外, “魔术师布料系统”及瓷质薄板生产线均有中国特色。具有原创技术的干法磨边机和新型节能括平粗抛机更显示了我国陶瓷机械由仿制到创新的历史性变化。

就产品而言, 我国的建筑陶瓷砖已从只能生产马赛克、152×152mm白色或图案的内墙砖和红地砖发展到能生产一次、二次及三次 (多次) 烧成的釉面砖、彩釉地砖 (含仿古砖) , 上釉或不上釉的马赛克砖、瓷质广场砖、劈离砖 (包括有专利技术的“麦当劳”砖) 、路面渗水砖、建筑琉璃制品、彩色釉面瓦 (中式、西式、日式) 、微晶玻璃复合陶瓷砖等产品。半干压砖中, 小至15×15mm的马赛克, 大至1200×2000mm的瓷质砖 (包括弧形瓷质抛光砖) 都能生产, 规格大型化趋势明显, 现在600×600mm的砖已成主流产品, 我国大规格瓷质抛光砖的生产技术、装备和生产能力处于国际领先行列, 瓷质薄板 (800×1800×3~6mm) 广东蒙娜丽莎已能生产, 大而薄的纤维陶瓷板 (1500×3000×5mm) 山东德惠来已有生产。

但陶瓷砖产品发展趋势已引起业内人士广泛的关注, 即“陶瓷砖越做越大, 越做越厚”, 消耗了大量的原料和燃料及增加环境负荷, 耗料、耗油、耗电、耗水最多的瓷质抛光砖成为中国陶瓷砖的主打产品, 而资源丰富又节能的红坯砖却很少的企业在生产…等等。上述问题有待企业、协会、政府乃至业内外各方人士共同努力改变之, 以使行业取得更大的发展。

2陶瓷砖发展的出路

科学发展观要求我们坚持以人为本, 树立全面、协调、可持续的发展。就是要促进人与自然的和谐, 实现经济发展和人口、资源、环境相协调;坚持走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路, 保证一代接一代地永续发展。我国陶瓷砖生产能力已达50亿m2, 2006年产量超过43亿m2, 每年耗用矿产资源约上亿吨, 年消耗能源约2600万吨, 年CO2排放量超过1600万吨。矿产资源和能源不可再生, 环境不允许破坏, 人类赖以生存的地球只有一个, “先生产, 后治理”后患无穷, “资源、能源和环境”制约行业可持续发展。为了保证实现“国民生产总值翻二番”的艰巨任务和可持续发展, 国家强调了资源节约型、环境友好型的社会建设, 要求各行各业“节能减排”。陶瓷砖行业如何应对?将陶瓷砖薄形化、减量化不失为良策。陶瓷砖是一个表面铺贴的装饰材料, 在保证产品的性能和满足使用功能的前提下薄形化和减量化是节约资源、降低能耗和减轻环境负荷的积极举措, 不但大规格陶瓷砖要薄形化, 其他规格的陶瓷砖也要减量化, 如上海“斯米克”的瓷质砖比常规的产品薄0.5~1.5mm, 既为“节能减排”作出了贡献, 又为企业增加了竞争力。全行业都来薄形化、减量化必将大大促进陶瓷砖行业可持续发展。

3陶瓷砖薄形化、减量化的十大好处

以陶瓷薄板与瓷质砖相比较为例:

1、节约资源

以大规格瓷质砖最厚达18~20mm为例, 而广东蒙娜丽莎瓷质薄板厚度为3~6mm, 因减薄而节约原料至少在2/3以上。

2、降低能耗

同理, 由于薄砖的质量减轻后, 降低能耗至少2/3以上。

3、减轻环境负荷

污物排放中的气体污染物主要来源于燃料燃烧, 随着能耗降低环境负荷相应减轻。

4、劳动强度小

18~20mm厚的大规格瓷质砖, 1m2重约30多Kg, 花岗岩石材1m2重40多Kg, 而1m2陶瓷薄板重量仅7.5~10Kg。因此, 工人搬运、铺贴劳动强度减小。

5、减少运输量

作为铺贴装饰材料陶瓷砖是以平方米计, 薄形化后运输量减小, 同样的运输车可多装快跑。

6、降低建筑物对地表面的载荷

薄板相对于一般大规格瓷质砖载荷减少70%, 相对于花岗岩石材载荷减少80%。

7、增大建筑物内部空间

对1个6m2卫生间而言, 使用瓷质薄板铺贴内墙, 相对于使用大规格瓷砖或石材, 可增大空间0.3m3。

8、切割、凿洞、加工容易

由于减薄, 在切割、凿洞、加工容易得多, 减少工作量50%以上。

9、大规格薄形砖缝隙少, 平整美观易清理

定制的陶纤薄板最长可为3000mm, 铺贴内墙可“一砖到顶”, 美观大方、清理方便。

10、用途广泛

除一般陶瓷砖用途外, 陶瓷薄板因不燃、抗酸碱、耐磨、抗污等性能可替代金属、塑料、木质等多种饰面板材, 用途广泛。

4薄形化、减量化的思路

“薄形化、减量化”就是要把大规格陶瓷砖薄形化, 而对其他常规陶瓷砖厚度适当减量化, 在保证产品性能和满足生产工序、产品运输、施工铺贴、实际使用等各项要求的前提下, 向社会提供薄形化、减量化的合格陶瓷砖和陶瓷薄板。加强工艺配方、增强增韧、半成品输送、烧成工艺等工艺技术问题的研究, 同时应广泛讨论宣传、改变观念, 在诸方面条件成熟后, 修订陶瓷砖的标准, 规定各类陶瓷砖的厚度标准, 超厚者为非标产品, 促进薄形化、减量化陶瓷砖的推广, 促进行业节能减排和可持续发展。

5结语