汽车轻量化材料

汽车轻量化材料（共12篇）

汽车轻量化材料 篇1

0 引言

随着人们生活条件的改善, 对汽车各种性能的要求也随之提高, 这就使汽车在设计和制造过程中不断增加各种功能配置, 汽车的重量也随之增加, 这就与当前节能、减排、环保的要求不相适应。另外, 汽车生产厂家也面临着降低汽车制造成本、增强市场竞争力的局面。所有这些都预示着汽车制造业对零部件材料提出了更高要求。

1 纳米材料技术的使用

为了减轻汽车重量, 在汽车制造中应用的塑料数量将越来越多, 纳米塑料可以改变传统塑料的固有特性, 具有高强度、耐热性强、比重更小的特性, 并且纳米塑料还有良好的透明度和较高的光泽度, 所以纳米塑料在汽车上应用将会越来越广泛。

我国已经研制出一种用纳米技术在汽油中填加乳化剂, 并按一定比例加入汽油就可大大降低汽车的耗油量, 比如桑塔纳轿车可以降低耗油量10%左右。另外, 在燃料电池上采用纳米材料就可大大降低成本, 因为纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力。经室温常压下实验证明, 在这些纳米材料中可以释放出约2/3的氢能, 所以用纳米材料替代昂贵的超低温液氢储存装置。

日本和美国科学家发现纳米级二氧化钛可以广泛应用于高级轿车车身的金属色面漆, 而采用我国武汉大学专利技术生产的纳米级二氧化钛, 成本只有国外的1/4左右, 前景十分看好。另外, 经过纳米技术处理的部分材料, 其耐磨性得到了极大地提高, 分别可以达到黄铜的27倍、钢铁的7倍, 所以这些材料可以制造汽车上磨损较大的零部件, 比如奔驰高级轿车上的纳米陶瓷轴承等。

2 聚合材料的使用

传统汽车的零部件大多采用金属材料, 但由于塑料材料具有一些独特性能, 所以已经有越来越多的汽车部件采用了塑料制造。相对金属材料而言, 塑料材料的密度更低, 其比重仅为金属材料的1/6~1/2, 能够使汽车的总体重量得以大幅度降低。并且塑料材料加工方便, 生产效率高, 能有效降低生产成本, 同时塑料材料还具有良好的绝缘性, 所以某些汽车电子部件首选塑料材料。

2.1 VICTREX PEEK聚合材料

VICTREX PEEK聚合材料是性能最高的热塑性材料之一, 具有非常好的耐高温性能, 其在260℃的温度下能够长期连续工作, 甚至在接近343℃熔点时, 也能在短时间内维持机械特性。这种材料主要的优点是:在高温下机械性能非常优异, 并能保持稳定;有相当突出的机械强度、耐冲击性及耐磨性, 可使零件的使用寿命得以大幅度提高;耐化学性优异, 对所有汽车用液体都具有卓越的抗腐蚀性, 即使在高温下, 也能抵抗酸、碱、无机及有机化学品的腐蚀;具有优秀的尺寸稳定性、低吸湿性和低热膨胀系数, 可以满足零件严格的尺寸和形位公差要求。

因VICTREX PEEK聚合材料综合性能良好, 故被广泛应用于汽车中的一些功能性部件及要求较高的关键部件中, 如ABS阀、油泵、轴承、平衡齿轮、球形连接器、汽车车窗、座椅电机耐磨钉/耐磨垫、变速器密封圈等。

在汽车中, 门窗、天窗、座椅等各种电动的调节都是通过所安装的小型电机来实现。一般一辆功能较多的汽车最多会装有100多个小电机。而小电机中的耐磨钉/耐磨垫对材料的耐磨性和耐冲击性都有很高的要求, 相对于传统的金属材料, 用VICTREX PEEK聚合材料制造的耐磨钉/耐磨垫使电机的可靠性和使用寿命得以大幅度的提高。

另外, 对于经常处于运动或转动状态的变速器而言, 要求其所使用的密封圈必须具有稳定的形状、尺寸, 以及极强的耐疲劳性和密封性能。采用VICTREX PEEK聚合材料制作的密封圈, 可以通过合适的切口设计, 能够以更低的系统成本实现更好的密封性能, 并且使用寿命也更长。

2.2 碳纤维增强塑料GFRP

CFRP是英文Carbon Fibre Reinforced Plastic的缩写, 意思为碳纤维增强树脂基复合材料, 简称碳纤维复合材料。CFRP不仅重量轻、刚度强, 而且具有耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等特点, 所以在汽车轻量化中得到了不断的应用。CFRP还具有非常卓越的能量吸收性能, 从而能够进一步保证了CFRP车辆的安全。

在同强度下CFRP零部件比同类钢质零部件减重50%以上, 比铝制部件减重30%以上。CFRP抗拉强度大都大于3500 MPa, 是钢的7~9倍, 抗拉弹性模量为230~430 Pa, 也比钢高, 但它的比重却不到钢的1/4;CFRP的比强度达到2000 MPa以上, 而A3钢的比强度仅为59 MPa左右, 其比模量也比钢高。目前在所有轻量化材料中, 能够提供同等强度并将钢质零部件减重50%~60%的先进材料唯有CFRP。

奥迪公司推出了一种由玻璃纤维增强聚合物制成的新型悬挂GFRP弹簧, 它具有十分明显的轻量化优势, 一般在中大型汽车上一根钢制弹簧的重量约为2.7 kg, 但具有相同性能的GFRP弹簧重量约为1.6 kg, 重量减轻了40%。

具有较高的耐腐蚀性是GFRP弹簧的另一特点, 它即使被石块撞击划伤表面, 也能够抵御清洗液等化学药品的侵蚀。还有GFRP弹簧在生产过程中的能耗更低, 更加环保, 它让车辆的操控变得更为精准, 同时还提升了震动时的舒适性。

德国宝马公司生产的i3系4人座纯电动汽车, 采用了CFRP制造的单体构造乘员舱模块以及铝合金构造的底盘模块, 整备质量仅为1195 kg, 其中锂离子电池重量为230 kg, CFRP重量为140 kg, 比传统电动车减轻了250~350 kg。BMW i3碳纤维单体构造乘员舱具备了高韧性与高吸收能量能力, 在Euro NCAP的测试中, i3在64 km/h的正面撞击与32 km/h的侧面撞击测试中都获得了优异成绩。

我国汽车制造厂也在积极通过各种途径, 将CFRP技术从研究实验室投入量产的时间得以缩短, 以达到汽车的轻量化, 提升产品的技术与附加值。

奇瑞公司在2014年北京车展上推出的插电式混合动力车艾瑞泽7, 车身采用碳纤维复合材料, 外壳重量减轻10%, 车身总体减重40%~60%, 整车节油效果可以达到50%左右。由于碳纤维抗拉强度高达3500 MPa以上, 所以该车比传统车型更加安全可靠。

北京长城华冠汽车技术开发有限公司在2014北京车展上发布了一款名为前途 (EVENT) 的纯电动跑车。据相关介绍, 作为首款中国自主研发具备量产状态的纯电动跑车, 它以节能、环保为设计出发点, 集汽车行业众多前沿科技为一身, 提供了真正意义上满足用户使用的纯电动车产品。长城华冠EVENT车体内外覆盖整体采用CFRP材料, 重量不足1600 kg, 从而使产品本身既能保证优于传统金属钣金的力学及安全性能, 又使产品重量大幅度降低, 提高了产品的动力性、经济性。

CFRP新能源汽车是未来汽车的主流方向, 美国弗若斯特沙利文 (Frost&Sullivan) 咨询公司发表的研究报告称:2010-2017年全球汽车碳纤维复合材料市场的年均增长率将达到31.5%。节能与新能源汽车已成为国际汽车产业的发展方向, 我国《节能与新能源汽车产业发展规划》 (2012-2020) 指出, 到2015年, 我国纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆;到2020年, 纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力将达200万辆, 累计产销量超过500万辆。

目前, 纳米材料和碳纤维增强复合材料在技术等各方面都取得了长足的进展, 应用领域也在不断扩展。从以前主要集中在航空航天及代表科技前沿的军事领域, 逐步拓展到工业应用领域, 尤其在汽车上的应用大幅增加, 但价格仍比较昂贵, 大批量、高效率生产汽车零部件的工艺方法仍需要进一步的发展、完善。国际上已将纳米材料和碳纤维复合材料在汽车中的应用列为汽车轻量化材料发展计划的关键内容, 这对汽车轻量化具有十分重要的意义。

参考文献

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[3]周其.汽车工业高速发展拉动塑料需求跃增[J].化工新型材料, 2004.

汽车轻量化材料 篇2

汽车轻量化技术发展的探讨

近十多年来,世界汽车工业面临着三大问题:能源、公害和安全.由于能源危机和环境问题的日益突出,现阶段世界各国均十分关注汽车轻量化技术.从汽车轻量化对能源、环境和汽车性能的影响入手,指出了轻量化研究的整体思路;介绍了当今世界先进汽车轻量化设计的概况、作用和目前汽车用轻量化材料的使用情况和性质;分析了汽车轻量化发展面临的`技术和成本问题,为汽车的轻量化项目的进一步开展提出了建议.

作 者：廖君 LIAO Jun  作者单位：浙江同济科技职业学院,浙江,杭州,311231 刊 名：机械 英文刊名：MACHINERY 年，卷(期)：2009 36(1) 分类号：U461.8 关键词：轻量化   油耗   材料  

汽车轻量化的成本瓶颈 篇3

轻量化，就是给汽车“减重”，同时提高它的“健康水平”—操控性能、安全性和稳定性。资料表明，汽车减轻100公斤，每百公里可节约燃油0.25升至0.5升，敏捷的车身能够在提供充沛动力的同时，提高燃油经济性，减少碳排量。在节能需要的前提下，汽车轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。面对减重问题，乔治费歇尔（GF）集团总裁和CEO Yves Serra认为，当前主要的举措是使用新型材料。对此，Serra提出了以规模经济为标准的新型材料选择策略，也就是说，判断任何材料能否成为汽车轻量化的主流材质的最终标准是：能否以可承受的成本进行大规模生产。产品设计的创新和生产流程的改进也非常重要。围绕着汽车轻量化的生产策略，Yves Serra与《第一财经周刊》分享了他的看法。

C： 汽车轻量化发展过程中，陶瓷工艺等颠覆性的材料都曾被试验过，但最后这些材料都没能成为主流，现在汽车轻量化材料创新的瓶颈在哪里？

S： 我们知道，汽车的各个零部件的原材料都有与其相对应的应用领域。对于汽车轻量化的新型材料来说，首先要考虑其大规模生产的可能性，其次要看它的成本是否廉价，另外还要综合考虑它的应用价值。现在汽车制造的主流材料之一是铸铁，它的延展性和塑形性非常好，适合制作汽车的各种零部件，也适合同其他金属一起合成一些有特定属性的合金。另外一种常用的材料是铝，由于它很适合用注入模型来塑形，所以它一般用来制造变速箱、引擎等零部件。塑料也是很容易塑形的材料，而且它很轻，所以很适合在温度低且压强不大的时候制作汽车零部件，像是保险杠。每种材料都有它的用武之地，我们在选择材料时首先会看它的灵活应用性，同时也要考虑能否以很低的成本进行大规模生产。陶瓷在成本和大规模生产方面遇到一些瓶颈，所以没有得到广泛的应用。也就是说，一种新型材料之所以不能成为主流材料，是因为它不能在很低的成本下实现大规模生产。

C： 铝制材料现在是很多汽车产品轻量化采用的材料，碳纤维材料是否会成为下一种主流轻量化材质？

S： 有可能。碳纤维虽然强度大，但是价格昂贵，技术成熟之后才可能成为轻量化的主流材质。任何材料能否成为汽车轻量化的主流材质取决于材料的发展，最终的标准是：能否以可承受的成本进行大规模生产。

C： 从汽车业务层面考虑，你觉得针对汽车轻量化有哪些方面可以入手？

S： 我们的解决方案是通过使用新型的合金材料，在产品设计上的改进以及改善生产流程来减轻产品重量。拿铸铁制造的零部件来说，我们通过制造更薄的铁板来减重，同时提升它的坚实度。此外，我们还在实心铸铁上设计了很多洞，在不影响其抗压能力的前提下，实心变空心，减重不减质。另一个零部件创新设计的例子是，通过高精尖的设计，我们将原本15个焊接在一起的零部件集合成1个零件，减重50%。总之，通过新的材料、新的设计、新的生产流程来实现汽车轻量化。

C： 一种创新轻量化技术往往会对汽车产业产生巨大影响，你们将如何判断技术成熟度进而重点投入研发和拓展业务，从而影响集团总体业务？

S： 技术可行性的一个重要标准是客户的需求。我们在世界各地都有分公司和工厂，我们会通过与客户沟通来尽可能充分获取他们的需求，得知他们对下一代汽车的期望。当我们得知客户的需要之后，会判断是否是总体市场的需求，如果是，就做出原型展示给客户，经过几轮的改进直到客户满意为止。当我们了解到他们的目标是汽车轻量化时，我们的研发团队立刻设计出操作方案，比如上面提到的集成15个零部件的模型，这在以前是不可能做到的。轻量化零部件的设计更好的满足了客户需求，从而促进汽车业务的发展。（采访：任敏）

汽车轻量化及其材料的经济选用 篇4

“轻量化”之所以得到汽车行业的重视, 是因为它可直接降低油耗、减少排放, 目前已成为行业的共识。研究表明, 车重减轻10%, 可节省燃油3%~7%[1]。但是, 在过去的10多年当中, 由于舒适、安全性要求的提高, 汽车的质量却在逐年增加[2,3], 质量增加20%~30%。与此同时, 新能源汽车 (如燃料电池、混合动力和氢能源车等) 的发展对汽车轻量化的要求更加迫切。

为了实现汽车的轻量化, 近年来世界各大车厂、钢铁协会、铝协会等组织和一些钢厂先后进行了多项汽车轻量化项目的研究。尽管其实现轻量化的技术路线不同, 但其轻量化目标相同, 均能实现20%~40%的减重效果, 主要通过汽车材料、设计和工艺三方面的工作来实现减重。在材料的选择方面, 尽管铝、镁和塑料等轻质材料在汽车轻量化中被采用的越来越多, 但从经济性和技术成熟度考虑, 钢铁仍然是汽车制造的主要材料, 只是其内涵发生了很大的变化, 即由原来的以软钢为主发展到目前以高强度钢板为主, 近年来有些商业化的车型中采用的钢板抗拉强度级别最高已达到1 800 MPa。

2 汽车材料技术成熟度及材料的选用

材料作为汽车制造的基础, 在历史上经过了几个发展阶段。最初汽车采用的材料是木材和钢铁;到了1920年左右, 钢铁成为汽车制造的主要材料;第3次石油危机之后, 轻金属材料如铝等得到了应用;随着安全和排放法规的日益严格, 高强度钢和轻金属材料得到了快速发展。目前, 汽车用材料采取的是多材料战略, 即合适的材料用在合适的部位, 但总的趋势是钢仍为主导材料, 轻质材料得到了快速发展。

1975~2025年北美汽车材料使用比例见图1。由图1可见, 钢铁仍然是汽车用材的主要材料, 但比例有所下降, 由1975年的61%下降到2012年的57%, 到2025年会下降到46%, 铝的应用则由1975年的2%提高到2012年的9%, 到2025年预计会提高到16%。

钢铁在汽车上使用比例下降的同时其内涵也发生了很大变化。1975~2025年北美汽车高强度钢使用比例见图2。由图2可见, 总的趋势是高强度钢, 特别是先进高强度钢增长迅速, 软钢下降明显。如软钢在1975年时比例达91%, 2012年已经下降到40%, 预计到2025年将下降到26%。

影响汽车材料选择的因素有很多, 概括起来有:技术成熟度、材料性能、经济性、供货及时性、是否本地化、汽车的品牌及售价等。

EDAG公司预测的汽车用主要材料技术成熟度见表1。从表1中可看出, 在技术上钢是比较成熟的材料, 适合于大批量生产;铝除了超成形工艺方面, 在技术上也是一种比较成熟的材料;镁、复合材料在技术上仍有很多内容需要研究, 适合于小批量生产。

2011年欧洲车身会议主要车型用材料情况见表2。

与国外相比, 国内汽车高强度钢使用比例相对较低 (图3) , 但发展速度较快, 每年以5%左右的速度增长, 2011年国内汽车高强度钢板的平均使用比例在35%左右, 而同期国外高强度钢板的使用比例在50%以上。

3 汽车用高强度钢进展情况

国际钢铁协会组织的汽车轻量化项目用高强度钢板情况基本上代表了目前汽车用高强度钢的发展趋势。其轻量化项目主要包括:1994年陆续开始的超轻钢白车身 (ULSAB) 、超轻钢覆盖件 (ULSAC) 、超轻钢悬架件 (ULSAS) 、超轻钢概念车项目 (ULSAB-AVC) [4,5]和正在进行的未来钢车型项目 (FSV) 。在ULSAB-AVC项目中, 白车身100%采用了高强度钢板, 其中超过60%为超高强度钢板, 而其参考车中高强度钢板使用的比例只有20%。最近, 正在进行的FSV项目中, 超过50%采用了抗拉强度超过1 000MPa的超高强度钢板, 其平均抗拉强度已经达到了789MPa, 较1995年的参考车 (271 MPa) 提高了近3倍。图4是FSV白车身采用的不同钢种级别的钢板, 其中软钢只有不到3%, 双相钢达30%左右。

注:M表示成熟, 可大批量生产;MT表示中期, 目前只能小批量生产 (5万辆) ;LT表示长期, 目前适合小批量生产 (1万辆) 。

%

ULSAB-AVC、FSV项目采用的高强度钢见表3。从表3中可看出, FSV项目在采用先进高强度钢和最高强度级别方面均较ULSAB-AVC项目有较大提升, 为今后汽车选用超高强度钢指定了方向。

在高强度钢板中有2类钢板近年来发展较快。一种是马氏体钢, 其抗拉强度在批量生产的车型中已经用到最高1 500 MPa, 通过辊压技术实现;另外一种是热冲压成形用钢, 其使用的最高强度已经达到1 800 MPa。对无镀层的热冲压钢板, 加热过程中会引起冲压钢板表面脱碳和氧化起皮。脱碳会降低钢表面的强度;氧化皮则增大了钢板与模具的摩擦因数、降低模具的使用寿命, 同时需要定时清理模具, 大大降低了生产效率。为了满足冲压件的后续处理要求, 需要通过喷丸去除表面生成的氧化皮, 喷丸工序使得冲压件表面产生微小裂纹, 因此限制了无镀层热冲压钢板在生产中的使用。为避免热冲压钢板表面的氧化和脱碳而使热冲压钢板具备耐高温性和耐腐蚀性, 有镀层热冲压钢板应运而生。目前, 热冲压成形钢镀层主要有Al-Si镀层、GI镀层、GA镀层和Zn-Ni镀层等[6,7,8,9]。有镀层的热冲压成形钢板, 冲压时工作环境好, 零件表面质量高, 后续无需喷丸工序, 不仅可以防止成形过程中的零件表面氧化和脱碳, 还能提高涂装后的防腐蚀性能。

4 宝钢汽车用高强度钢情况

随着国内汽车用高强度钢需求量的快速增加, 国内各大钢厂均加大了对汽车用高强度钢的开发力度。高强度钢的种类繁多, 抗拉强度级别从340~1 500MPa, 品种分类涉及热轧、酸洗、冷轧、热镀锌和电镀锌。通过多年的发展, 国内很多钢厂在600 MPa及其以下均具备了供应能力, 800 MPa以上的超高强度钢板可供应的钢厂相对很少。

为了满足国内汽车生产的需求, 宝钢自2009年3月开始运行高强度钢生产专用线, 先后成功试制出冷轧1 500 MPa、热镀锌980 MPa级别的超高强度钢板, 具备了为我国汽车制造商提供超高强度钢板的能力, 已累计供货近10万t。宝钢高强度钢专用生产线及所生产的产品有以下特点和技术优势。

a.可生产抗拉强度为340~1 500 MPa的冷轧普板、抗拉强度为340~980 MPa的热镀锌高强度钢板。本机组特别适合生产超高强度钢板, 是目前国内仅有的1条超高强度钢板专用生产线。图5是采用这条专用线生产的典型先进高强度钢板的应力-应变曲线及零件照片, 包括590 MPa级别的DP和TRIP钢、780 MPa级别的DP钢、980 MPa级别的DP和马氏体钢、1 180 MPa级别的马氏体钢和1 500 MPa级别的马氏体钢。

b.生产线具有多功能性, 可生产冷轧普板和热镀锌钢板。冷轧普板可采用多种冷却模式, 冷却速度为20~1 000℃/s, 为生产不同类型的高强度钢奠定了基础。

c.冷却速度快。当采用60%以上浓度的氢气进行冷却时, 对1 mm厚的钢板其冷却速度可达140℃/s以上;当采用水淬冷却时, 钢板的冷却速度可达1 000℃/s。较快的冷却速度可实现高强度钢板的低碳当量成分设计, 从而提高产品的焊接性能。如DP780钢的Pcm值 (Pcm=wC+wSi/30+wMn/20+2wP+4wS) , 可由常规冷却时的0.30降到高速冷却条件下的0.21。

d.冷轧钢板表面具有良好的涂装性能, 特别是水淬后钢板经过酸洗工序后, 可使钢板表面的Mn等元素富集程度降低, 从而进一步提高冷轧钢板的耐蚀性和涂装性。

目前, 宝钢冷轧高强度汽车钢板的最高强度级别达到1 500 MPa, 热镀锌板达到1 200 MPa, 均达到了国际商业化生产的最高水平。宝钢高强度钢汽车板品种见表4。

注:●表示商业化;○表示开发中。

5 结束语

近年来, 汽车轻量化的发展推动了材料、工艺和设计的技术进步。多材料选用已成为目前汽车用材战略, 合适的材料用在合适的部位, 但总的趋势是钢仍为主导材料, 轻质材料将得到快速发展。作为主导材料的钢铁, 其内涵也在变化中, 高强度特别是先进高强度钢的应用已成为趋势。与国外先进车型用钢比例对比, 我国汽车用高强度钢的比例和内涵均有一定差距, 其主要原因之一是没有掌握高强度钢特别是超高强度钢板的使用技术, 这也是国内钢铁、汽车行业共同需要深入研究的课题。

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汽车轻量化材料 篇5

[摘要]介绍了车身轻量化的重要意义和相关车身性能。从轻质材料、结构设计和制造工艺3个方面阐述轻量化技术的主要途径，并通过实例重点分析采用热成型工艺的轻量化效果，最后对比3种轻量化技术的特点和应用范围。

[主题词]轻量化，车身，汽车

0 引言

安全、节能和环保已成为消费者最关心的汽车性能指标。如何开发出更安全、节能、环保的汽车也是当今汽车厂商的重点技术发展方向。汽车安全的重要性不言而喻，涉及到人身安全；节能和环保，不仅影响到用户的用车成本，也关系到可持续发展。目前，各国已有诸多安全和排放法规来强制规范汽车产品的安全和环保性能。

研究资料表明，汽车的燃油消耗与汽车的自身质量成正比，汽车质量每减轻1%，燃油消耗降低0.6%-1.0%，燃油消耗下降，排放也随之减少。因此减少汽车自身质量成为提高节能环保性能的有效途径。而白车身作为车身骨架一般占整车质量的22%—25%，其轻量化对降低整车质量意义重大。因此，汽车车身轻量化技术成为现代汽车开发技术一个重点课题。车身轻量化的基础

车身轻量化必须在保证汽车安全性的前提下，同时达到车身刚度、疲劳耐久性、操控稳定性和振动舒适性等要求。

1.1 车身结构安全

车身结构安全属于汽车的被动安全范畴，目的在于保护车内乘员的安全。

自20世纪50年代起，许多国家陆续开始制定汽车被动安全法规。目前各国汽车被动安全法规有：美国联邦机动车法规体系(FMVSS)和欧洲法规体系(ECE／EEC)。而我国强制性汽车被动安全标准(GB)主要是参考欧洲法规体系。另外还有各国的新车评价体系(NCAP)全面地为消费者提供汽车安全性能方面的信息。

车身结构安全直接影响到汽车是否满足这些被动安全法规。其包括正面碰撞、侧面碰撞、后面碰撞、翻滚和低速碰撞等。车身结构在设计上一般分为低速行人保护区，相容吸能区和乘员保护区。

1.2 车身刚度

评价车身结构力学性能的主要指标是车身刚度，包括动态刚度和静态刚度，静态刚度又包含扭转刚度和弯曲刚度两个方面。在车身轻量化中，必须保证达到车身刚度的要求，这样才能使汽车的疲劳耐久性和振动舒适性等不受影响。

1.3 车身轻量化系数

为了评价轻量化的效率，引申出了车身轻量化系数的概念，其可通过如下公式计算：

式中，Lq为轻量化系数；MBIW为白车身质量；CT为白车身静态扭转刚度；A为白车身投影面积，由整车轴距与轮距相乘获得。轻量化系数Lq值越小，表示车身轻量化做得越好。车身轻量化的途径

2.1 采用轻质材料

2.1.1 超高强度钢板

按照抗拉强度的不同，钢材一般分为普通钢、高强度钢和超高强度钢。抗拉强度小于210MPa的称为普通钢；抗拉强度在210—550MPa之间的成为高强度钢；抗拉强度超过550MPa的称为超高强度钢。

超高强度钢主要有：相变诱导塑性钢TRIP，双相钢DP，复相钢CP，以及马氏体钢Mart等。由于马氏体钢抗拉强度约为1200MPa，其一般采用滚压成型工艺制造，用于车门防撞杆和门槛加强板等零件。目前车身上使用的超高强度钢，主要是称为先进高强度钢(AHSS)的，其是利用金相组织强化得到的钢种，具有强度、延伸和塑性的各方面优良的综合性，其抗拉强度范围为500—1500MPa。另外还比较多地采用热成型钢，成型后零件的材料抗拉强度达到1800MPa。

图1为目前某一较新车型的不同强度钢材分布，可以看出，目前该车型的超高强度钢比例已经达到11%，高强度钢比例为11%，普通钢只占27%。而从保证车身碰撞安全性的角度来看，高强度钢的用量将直接决定车身轻量化的水平。

2.1.2 铝合金

铝合金是在汽车轻量化中应用相对成熟的轻质材料。奥迪汽车公司最先在Audi80和Audi100两款车型上采用了铝车门。1994年开发了第一代全铝空间框架结构(ASF)。ASF车身超过了现代同类钢板车身的车身刚度和被动安全性，但汽车自身质量却减轻了大约40%。

但是铝材价格相对较高，是钢材价格的3倍左右，且铝制产品成型工艺相对复杂，这是制约铝合金轻量化应用的因素。除开发低成本的铝合金和先进的铝合金成型工艺，发展回收再生技术以进一步降低铝的成本之外，扩大铝合金应用的另一个研究方向是开发新的各种联接技术，如铸铁—铝连接、铝—钢连接、铝—镁连接等。

2.1.3 镁合金

镁合金是比铝合金密度更小的轻质材料。其耐热耐压耐腐蚀且易于回收利用。欧洲正在使用和研制的镁合金汽车零部件有60多种。驶多飞集团与德国大众合作，准备将其专利产品镁合金MnE21替代某车型白车身上的多个钢板零件，如前后保险杠、车顶横梁和车门防撞杆等。如果替代成功，将大大减轻该车的车身质量。

2.1.4 工程塑料

目前已有采用工程塑料的车身翼子板，其相比金属可以实现40%的减重，且其能耐侵蚀和轻微碰撞，在低速碰撞的情况下无需维修，从制造角度相比金属有更大的造型自由度提升，也便于零件集成，从满足行人保护方面考虑，也是理想的选择。

2.2 结构优化设计

利用有限元法和优化设计方法可对结构力学性能进行分析和优化设计。在车身结构优化设计中，通常采用的优化方法有：拓扑优化、形貌优化、形状和尺寸优化。其中拓扑优化在结构的概念设计阶段应用较多。形貌优化可以对加强筋的形式、走向和位置深度等参数进行优化，形状和尺寸优化可以对饭金件的型面和板厚进行优化。

一般优化问题可以通过下列关系表述：

式中

在设定优化变量时，可以通过车身钣金零件的灵敏度分析，选择对目标函数贡献较大零件尺寸参与优化设计计算，作为优化设计变量。变量的变化范围则结合实际经验中的零件尺寸限制而定。

在发动机舱盖内板和车门防撞杆的设计中，可以应用拓扑优化、形貌优化和形状优化的组合，选择更合理的内板上开孔位置、筋的走向和深度，优化车门防撞杆的型面。

为一个n维向量，XL和XU分别是设计变量的上限和下限。

2.3 制造工艺

2.3.1 热成型

热成型工艺中，是将材料加热到再结晶温度以上，使板料在奥氏体状态时进行成形，降低板料成形时的流动应力，由此来提高成形性。把材料放在加热炉加热5+10min使其温度达到900—950℃，之后进行冲压加工及冷却。

通过热成型工艺加工出的零件优势明显，其具有很高的强度和延伸性，可以大幅的减轻零件重量，能保持高的形状精度，冲压时无回弹，可加工成复杂形状。在车身中采用一定数量的热成型零件后，可以大幅提高车身防撞安全性能。

图2为某车型热成型零件分布，该车型采用热成型的零件有：前保险杠横梁、前围下框前地板横梁、中央通道左右B柱加强板、左右A柱加强板。8个零件所在区域正是从充分满足碰撞安全性要求而设计布置的，保险杠可增强正面碰撞和低速碰撞安全性，而其它7个零件其构成乘员保护区，在侧面碰撞和正面碰撞中都可以很好地保护车内乘员。

如图3和图4所示，原方案采用B柱加强板和B柱加强内板两个零件组合，板厚均为2.5mm；而热成型方案采用B柱加强板一个热成型零件，板厚为1.85mm。左右两侧B柱都采用热成型方案之后，可减重接近10kg。从设计选择的过程可知，其轻量化效果十分显著，采用更多的热成型零件，尤其在乘员保护区采用热成型零件，是车身轻量化设计的方向。

2.3.2 液压成型

液压成型，是指利用液体作为传力介质或模具使工件成型的一种塑性加工技术，也称为液力成型。其按介质可分为水压成型和油压成型两种；按加工坯料分为管材液压成型、板料液压成型和壳体液压成型。液压成型与冲压焊接工艺比较，其仅需要凸模或凹模，液体介质作为凸模或凹模，当液体作为凸模可以制造很多刚性模无法成型的复杂零件。且液体作为传力介质具有可控性，具有很高的工艺柔性。

车身结构中应用较多的是板料液压成型。采用液压成型除了能实现轻量化，同时增强车身刚强度和结构安全性之外，还能减少零件数量，从而也减少了模具数量和费用，减少了后续机加工和焊接等加工工序，降低了总制造费用。因此，液压成型工艺近年来得到快速发展。

目前车身中已有仪表板横梁、散热器支架、座椅骨架、保险杠横梁、顶侧框等零件采用了液压成型工艺制造。

2.3.3 变截面板技术

在车身上应用的变截面板有激光拼焊板(TWB)，连续变截面板(TRB)和搭接板(PB)。

TWB技术是指在零件冲压成形前将两块或多块具有相同厚度或不同厚度的相同钢种材料或不同钢种材料的板件通过激光焊接连接起来的一项新技术。

采用激光焊接板不仅是一种轻量化途径，还可以减少汽车零部件的数量。车身结构的精度可以得到很大提高，许多冲压设备和加工工序可以得到缩减。另外，采用激光焊接板可以提高原材料利用率，通过在落料工序中采用排料技术，将型号和板厚不同的钢板合理组合从而降低材料废料率。

目前，国内合资厂已有很多车型采用激光拼焊板，主要集中在上纵梁、前纵梁、前围板、中央通道、后纵梁、前地板、前门内板、B柱加强板、侧围内板等零件。

如图5为前纵梁，前面部分板厚为1.75mm，属于车身结构的相容吸能区，中间部分板厚为2.6mm，属于车身结构的乘员保护区，后面部分板厚为1.35mm，这样的板厚分布既保证了碰撞安全性，又达到了轻量化的效果。同样地，中央通道前部板厚为1.5mm，后部板厚为1.2mm，前部属于乘员保护区。

TRB是通过计算机实时控制和调整轧辊的间距，以获取沿轧制方向上按预先定制的厚度连续变化的板材。

与TWB相比，TRB成型性能更佳，有连续、光滑的表面，可作车身外覆盖件。但受设备的限制，连续变截面板厚度变化有局限，而且不能把不同材料轧在一起。因此目前激光焊接板应用更广，将来连续变截面板的应用也会越来越多。

PB是指将两块钢板先搭接在一起然后一起放入模型进行冲压成型的工艺。目前在某车型的门槛加强板上也得到应用，如图6所示。这样使车身具有更好的碰撞安全性，同时还节省了使两个零件连接的焊接工序。结语

汽车轻量化的发展及前景探究 篇6

关键词：轻量化　节能　发展

中图分类号：TK16　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1007-3973（2012）003-064-02

1 引言

研究发现，汽车的重量与汽车的CO2等排放量成正比，而且汽车的重量还与燃油消耗率成正比，因此，随着国家能源战略和节能减排技术在未来一段时间越来越重要，对新开发的新型汽车开展广泛深入的轻量化技术研究显得非常迫切。

2 当今汽车存在的问题

2.1 燃油问题

技术的飚速发展促使人类对燃油的需求，当今燃油问题已经成为世界关注的焦点之一，如何合理高效的利用现有的能源成为各界人士大力发展的目标，据了解我国油气资源的需求将与日俱增。预测到2010年，2020年石油需求量将分别达到3亿吨、3.8亿吨，天然气需求量也将分别达到1200亿立方米、2000亿立方米。如果同期我国油气资源得不到重大的发现，国内石油生产能力只能保持在1.8亿～2亿吨之间，缺口分别为1亿-1.2亿吨、1.8亿-2亿吨：国内天然气生产能力大约为1000亿立方米、1500亿-1600亿立方米，缺口分别为200亿立方米、400亿-500亿立方米。可以预测，2010年国内石油、天然气产量对需求的保障程度分别为57%、83%左右；2020年为50%、78%左右。2020年到本世纪中叶，供需缺口还将继续加大。这对需要燃油来运转的汽车来说，无疑不是更大的挑战，这就促使对汽车有更高的要求既要汽车能够良好的运转又要更节油。

2.2 环境问题

环境污染对人类的生活环境产生了不良的影响，甚至危害人类的身体健康，由于汽车尾气是引起环境污染的主要污染源之一，近年来各国都在环保上做出了相应的政策，不过各国都提出了汽车轻量化并进行相应的研究，各自都提出自己的一套理论体系，不过我认为车身轻量化设计需要综合考虑安全、耐久等性能的平衡，通过结构设计、材料选择及制造工艺优化三方面来实施。

2.3 时代问题　　以前消费者对于豪华车的认识，除了大气的外观、精致的内饰和各种奢华的配置外，排量的大小也是很多人衡量一款车够不够豪华的特征。不过，随着这几年节能减排理念的推广、国际油价飞涨以及各种税费的限制，大排量车型已经不如以前那么受欢迎了，越来越多的人对汽车的认可观念也发生了变化，进而也促进了汽车轻量化的发展。

3 汽车轻量化的意义及对汽车轻量化的研究

3.1 汽车轻量化的意义

轻量化是提高汽车燃油经济性、减少尾气排放、 节约材耗的有效手段。研究显示，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%；汽车每减少 100 kg，百公里油耗可降低 0.3~0.6 L。轻量化对环保也很有好处，车辆每减轻100 kg， CO2 排放量可减少约5 g/km。轻量化对于制造企业和消费者都是有益的，可以明确的认为车辆轻量化是提高性能不可缺少的技术，除此之外，车身质量的减少，促进技术上的飞跃，也就是说汽车轻量化可以减小汽车行驶的阻力，节约牵引能，减少制动能耗并且对道路的维修也起到延缓的作用，所以汽车轻量化的发展对人类的影响具有不可估量的划时代的意义。

3.2 汽车轻量化的研究

3.2.1 汽车轻量化的研究手段

首先采用ADAMS软件建立汽车整车的动力学模型、采用ANSYS软件建立汽车主要零部件的有限元模型、采用MATLAB软件建立汽车排放特性的数学模型，统一各参数，分析和研究汽车轻量化的方法，为汽车的轻量化设计提供参考。

其次通过软件所得数据进行分析，所得结论建立与实际的联系，做出一定比例的模型，在实验室里进行相关的实验研究，再对所得数据进行汇总计算。

3.2.2 汽车轻量化途径

结构轻量化的主要途径有两个：一是合理优化结构设计，二是采用新材料

(1)合理优化设计结构设计

1)零件结构的简单轻量化

汽车相当多部分的底盘支架件和车内结构是拼焊件，拼焊的板料基本是等厚的，零件的很多局部材料是多余的，通过CAE辅助精密铸造在源头上解决局部多余材料的问题，而精密铸造不能满足的部位可以采用激光加工技术，比如激光涂覆、激光辅助切削加工、激光焊接等手段解决局部材料合理优化问题，从而达到轻量化的要求。对于满足设计要求的结构应尽可能的降低材料厚度，比如在关键部位增加强度，通过提高材料牌号，增加减重孔的数量和切除多余翻边等方法达到零件结构的彻底优化目的。

2)零件结构的集成化

由于现在的加工分工比较明细，对于零件的集成不够高，尤其是支架的加工，本着轻量化的宗旨，在零件加工时可以把多个相互联系的几个部件通过一个工序加工出来，这样一来不仅可以使零件更牢固更重要的是集成化的零件重量会大大降低，从而达到节省材料降低重量的目的。

(2)车身零件材料更换

1)轻质材料的替换传统材料

传统汽车结构用高强度钢是以添加各种合金成分的固溶强化型和析出强化型高强度钢为主流，密度比较大，为了满足先阶段发展的要求，我们追求着用高强度和超高强度的轻量化、低密度的材料，如铝合金、镁合金、塑料复合材料等来代替传统的材料，比如一汽奥迪Q5和进口奥迪Q5的配置表会发现进口奥迪的缸体是铸铝的，而一汽奥迪Q5的缸体则是铸铁的，借此可以看出汽车材料的发展趋势。

2)未来新材料的展望

虽然当今汽车都在向着轻量化的目标靠近，由于受到材料学科的影响，人类对汽车的材料的了解和认识都受到科技的局限，而未来轻量化汽车的发展定然与材料的研发并行同步的，相信在不久得将来能够发现一种材料，即在刚度上满足要求，也可以再密度上趋于更小，并且韧度更大，这样一来就能够达到车身材料具有柔度曲线美，内部零件具有轻且小的要求。比如现在就有人设想用类似布性能的材料用于车身的知道，这样一来汽车在运动过程中，根据气流的大小和方向材料会随风变化成流线，继而可以降低空气阻力系数，提高汽车的动力性能和经济性能。

4 汽车发展前景

随着时代的进步，汽车问题越来越受到全人类的关注，原因就在于汽车不仅在给人类的生活带来舒适、方便、快捷的同时还影响着人类赖以生存的地球，所以如何把汽车从这种困境中解决出来也是未来汽车的发展方向，高性能、低消耗和环保成为汽车追逐的目标，人们的观念也随之转变，而根据市场需求的转变，现如今基于这种原因，各大厂商纷纷推出了多款搭载小排量发动机的车型。这些车型具有燃油消耗少和价格便宜的优势，一经推出便迅速得到了市场的认可，而今发动机技术不断推陈出新，小排量发动机已经可以拥有与大排量发动机接近或是更好的动力表现了在国内的中大型车市场中，奥迪、奔驰和沃尔沃都分别推出了搭载小排量发动机的车型，甚至于连一直以大排量世人的凯迪拉克，这次也推出了搭载2.0L涡轮增压发动机的车型。与同品牌大排量车型相比，它们的配置同样丰富；动力表现也相差不大，而且较低的价格让它们表现出更加高的性价比。在当今环保意识高峰的时代，大型笨重性汽车正慢慢的比如后尘，人们更希望小巧轻量化的汽车，这种汽车在排量和燃油消耗上都能满足人类的要求，而后的汽车排量更小，燃油更低，车身更轻巧。

5 结论

汽车轻量化顾名思义就是在不影响汽车性能的前提下尽可能的减少车身重量，所以就要求车体结构既要满足轻量化的要求又必须保证结构的强度和刚度要求以及高寿命的安全度和可靠性要求，这对零件的结构设计和材料性能都提出了很高的要求，特别是对材料性能，如果能够找到一种即能满足强度和刚度的要求而密度又很小的材料，那对汽车的轻量化的研究就会新的突破，由于存在这么多未解决的难题，汽车轻量化将会是我们一直追求的目标。

参考文献：

[1]　朱张校.工程材料[M].北京:清华大学出版社,2001.

[2]　王中铮.热能与动力机械基础[M].北京:机械工业出版社,2008.

[3]　张策.机械原理与机械设计[M].北京:机械工业出版社,2004.

材料加工技术创新与汽车轻量化 篇7

自世界上第一辆汽车在德国产生至今, 汽车工业得到大面积的传播和飞速的发展。汽车的普及不仅仅便利了人们日常的生活, 也对生产发展产生促进作用。但是, 汽车也消耗了极大的矿产和油气资源, 造成了严重的污染。为减排节能, 汽车的轻量化成为了新的趋势, 减轻汽车重量, 不仅减少了制造汽车消耗的资源, 更能最大的节省油气资源, 减少废气的排放量。但是, 减轻汽车的自重与人们对高安全性能的汽车产生了新的矛盾, 汽车的自重依然在增加。过去几十年里, 汽车轻量化的研究成果显著, 材料工程科技的发展起到了关键作用。钢铁零件的减少, 新工艺的形成, 对工件的结构进行了优化, 减少了材料和资源的消耗。

1 现代汽车制造应用的新材料

1.1 高强度, 超高强度刚

高强度钢能够实现材料薄壁化, 对普通钢板进行取代, 降低车重[1]。但是, 铝, 镁合金等材料自身的性能有上线, 工艺的要求难度大, 价格高, 因此未为实现普及。在这方面的研究中, 各国都取得了显著的成就。日本在上个世纪七十年代开始就已经应用这种技术, 以此来抵抗石油危机的冲击。这种刚内含有, 磷钢板, 烘烤硬化钢板, 双相钢, 析出强化钢, 相变诱导塑性钢等。首先由零件相结构进行覆盖, 逐步遍及车身。日本、瑞典等国相继进行研发。与国际相比, 我国的研究水平还需提高, 因此要加大研究力度, 以汽车结构的设计和材料选择最优为基础, 与之结合, 加快汽车轻量化进程。

通过冶金, 对钢的成分进行变更, 提升组织与性能。进行热处理, 改变组织性能, 以实现材料更轻。但是这种钢, 成形困难, 反弹性大。因此, 要应用冲压成形、焊接等多种技术。

1.2 轻金属材料

1.2.1 镁

镁合金拥有高比强度和高比刚度的优点, 采用镁进行汽车零件的制造能够提升轻量化的效果[2]。镁的熔点较低, 能够回升再利用, 消耗能源也较少。镁合金的零件, 尺寸较为稳定, 抗震性更好。上世纪中叶, 镁合金价格较低, 德国的众多汽车都使用其作为汽车的结构零部件。近些年随着研发的进程不断发展, 镁合金的抗腐蚀性也得以提升。

1.2.2 钛

钛的质量较轻, 强度很高, 有很强的耐腐蚀性。但是钛的价格过于昂贵, 在汽车上的应用较少。钛的应用, 能够减轻汽车重量, 节约能源, 减轻震动, 降低噪音, 减少污染, 延长汽车寿命, 提升汽车的安全和舒适性能。目前, 钛的运用范围是汽车的发动机及相关零部件。而这些零部件恰恰都是经常遭遇腐蚀, 磨损的部分。由于高昂的价格, 只有赛车制造商, 钛应用较为普遍。

2 创新成形工艺

汽车制造中的锻造、冲压、铸造, 焊接等成形的加工工艺是核心的、基础的技术。该工艺进行创新, 不仅能降低制造的成本, 对汽车质量进行提高, 还能促进汽车轻量化的进程[3]。

2.1 液压

液压的成形, 主要介质是流体, 实现对金属进行塑性。该工艺较普遍的是内高压, 将高压液体充满金属管中, 用模具进行施压变形。这种工艺能够实现经济效益最大化, 简化模具的结构, 缩短生产的周期, 能够制造更复杂的工件, 极大的提升了汽车的性能———安全性, 舒适性。

2.2 剪裁和拼接

传统的零件制造, 毛坯材料较为单一, 过程方便, 但是不够优化。当前为了优化材料的应用和工艺, 开始对毛坯材料进行剪裁拼接, 不同种类的毛坯通过焊接, 热处理等方式进行结合, 产生不同的作用。极大的提升性能, 最大的节省材料。

3 结束语

在汽车工业的发展中, 人们提升了对安全和舒适汽车的要求, 汽车的自重依然在增加, 高消耗高污染尚需更好的方案解决。汽车的轻量化成为了节能减排的必然要求。在这个过程中, 材料比强度的提升很重要, 通过对传统部件强度的提高, 实现其材质的轻化。创新冶炼, 热处理等相关措施, 通过特殊加工将晶粒进行细化, 钢板也能获得较高的强度, 其生产的效率很高, 成本消耗较低。液压方面的创新, 能够更好的优化汽车的构造, 缩短生产的周期。对复杂零件也能加大制造, 能极大的提升汽车的性能, 减少零件数量, 汽车的自重。这也使得当前应用最广泛的方式。最后, 毛坯技术的剪裁和拼接不断的发展, 也应用到广泛的范围中, 工件的结构得到优化, 材料作用更高, 推动着汽车的轻量化。对这一技术必须抓紧研发, 进一步推广。

参考文献

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[3]朱杨俊, 孙慧平.机械工程前沿研究在汽车轻量化中的应用前景分析[J].汽车零部件, 2013, 12:70-72.

[4]唐靖林, 曾大本.面向汽车轻量化材料加工技术的现状及发展[J].金属加工 (热加工) , 2009, 11:43-44.

[5]冯锋, 王欣, 张, 等.产业技术创新战略联盟治理结构、机制与问题—以汽车轻量化产业技术创新战略联盟为例[J].科技管理研究, 2014, 7:11-14.

[6]王昌文.商用车需要“瘦身”轻量化亟待突破—我国商用车轻量化存在四大难点, 应从七个方面下功夫[J].重型汽车, 2008, 2:71-72.

[7]马鸣图, 柏建仁.汽车轻量化材料及相关技术的研究进展[J].新材料产业, 2006, 6:58-59.

汽车轻量化材料 篇8

1 创新材料加工工艺应用分析

1.1 裁剪、拼接工艺

以往, 在汽车零件制造方面主要使用矩形、圆形等截面进行板、棒等材料的加工。由于材料单一, 所以, 具有操作简便的特点, 但材料损耗较大, 且性能不够理想。裁剪、拼接工艺是在传统零件制造工艺的基础上加以改进的材料加工工艺, 通过焊接、热处理、辊轧等方法将材质、截面、性能等不同的材料裁剪后拼接起来。这样不仅可以将材料的利用度最大化, 还可以提升零件的性能。

1.2 液压成形工艺

液压成形工艺又称液力成形工艺, 该项工艺是利用模具、液体对金属等材料塑形的加工技术。液压成形分为2 类: (1) 金属板料液压成形。其中, 一半模具使用高压液体使金属板料塑形, 最终取得工艺零件;针对传统工艺中底部强度不足拉深件, 可通过反向液压预成形的方式来解决。 (2) 内高压成形。将高压液体充满金属管, 再通过模具加压的力量将其塑形。

液压成形工艺具有多种优点: (1) 该工艺应力状态极佳, 可以配合冲孔、压印、弯曲等多道工序, 且承受变形的能力较强; (2) 应用液压成形工艺可简化模型结构, 使生产周期大大缩短, 有效提升了工件制造的效率和经济效益; (3) 利用液压成形能制造出多种结构复杂的工件, 可减少汽车配备的零件数量, 从而减轻车身质量, 使汽车更加舒适、安全。

2 新材料在汽车制造中的应用

2.1 轻金属材料

轻金属材料有以下3 种: (1) 钛。钛为银白色的稀有过渡金属, 含量相对丰富, 具有强度高、质量轻、耐腐性强的特点。使用钛作为汽车制造材料不仅可减轻车辆自重, 还可以减振、减污、节能、降噪, 使汽车的舒适度、安全性等提升, 并延长使用寿命。目前, 钛主要用在汽车发动机及其相关的零件中, 比如车轮、离合器、转向齿轮、摇臂、气门座、气门、连杆、紧固件、气门弹簧等。但钛的价格极高, 因此, 目前主要应用在专业赛车的制造中, 一般汽车则较少使用。 (2) 镁。以镁为基础, 添加其他元素后可形成镁合金, 其密度很小, 具有比弹性模量大、比刚度高、比强度高、承受冲击载荷力强、消振性好和散热性好等特点。目前, 在汽车制造中, 用镁合金主要应用在发动机缸盖、方向盘柱、进气歧管、仪表板横梁、衬底、变速器壳体、座驾椅等部件中。镁合金的价格没有钛高, 在汽车制造中的使用更加普遍。 (3) 铝。铝为银白色的轻金属, 具有良好的延展性, 含量丰富, 具有质量轻、耐腐蚀、加工性能好和消振性好等优点, 应用于汽车制造中具有明显的减重效果。主要应用在凸轮座、连杆、油管、摇臂、空调、换热器、车轮盖、座椅等部件中。目前, 铝虽然在汽车制造中的应用较为普遍, 单与钢材料相比, 铝及铝合金的价格更高, 因此, 这在一定程度上限制了铝在汽车制造中的应用。

2.2 高强度和超高强度钢

抗拉强度>165 kgf/mm2, 屈服强度>140 lgf/mm2的合金钢被称为超高强度钢, 按照显微组织与合金化程度分为高合金、中合金、低合金、半奥氏体、超低碳等。钛、镁合金等金属材料受到价格、工艺要求的影响, 其无法普遍替代普通钢, 而高强度和超高强度钢可取代普通钢板, 从而实现汽车材料的薄壁化。目前, 主要通过热处理和冶炼的方式获取高强度钢, 但高强度钢具有回弹大、难成形等工艺缺点。因此, 在焊接、冲压成形等制造环节, 可通过伺服压力机、热冲压等方式解决此问题。

2.3 非金属材料

除了钛、镁、铝等金属材料之外, 陶瓷、塑料、非金属轻质材料、非金属基复合材料等被广泛地应用于汽车制造中。其中, 使用量最大的是塑料, 其制造成本低、减重效果十分理想, 目前, 很多汽车零部件, 比如把手、电开关、车底板、刮雨器、门框、安全扣带、防冻板、保险杆、托架、仪表板等均普遍使用塑料材料制造;碳纤维复合材料属于非金属材料, 具有强度高、质量轻、耐腐蚀和耐蠕变等优点, 在汽车制造中得到了普遍应用, 具有良好的减重效果, 主要应用在车架、车身、摩擦片、悬架等结构部件中, 强度较高的有机纤维复合材料还可以取代普通的钢板材料。

3 结束语

综上所述, 汽车轻量化是今后汽车制造行业发展的主要方向之一, 是提升汽车的舒适度、安全性等综合性能的重要方式。随着科技的发展, 汽车制造领域相关的材料加工技术、新材料的研发技术等也在不断创新, 各种具有良好加工性能、质量轻和耐腐蚀等优点的新型材料将逐渐被应用, 从而促进汽车的轻量化发展, 实现节约能源、减少污染的目标。

参考文献

[1]顿栋梁, 宋发宝, 程康, 等.GMT材料的制备工艺及其在汽车轻量化方面的应用研究[J].汽车工艺与材料, 2015 (11) .

[2]崔景.材料加工技术创新与汽车轻量化[J].科技创新与应用, 2015 (16) .

[3]郑思泽.汽车轻量化技术[J].科技与创新, 2016 (01) .

汽车轻量化材料 篇9

1 新型化工材料应用推动汽车轻量化发展的现状

基于当前严峻的环境形势, 坚持科学发展观已成为当前我国实现可持续发展的一项硬性需求, 对此我国的汽车工业也逐渐的走上了一条轻量化发展的道路。而所谓汽车轻量化, 就是在充分保证汽车质量的前提下, 最大限度地降低汽车配置的质量, 从而促使汽车的动力性能能够得以显著提升, 由此不仅有效地缓解废气排放所导致的环境污染问题, 而且也使得能源利用效率得到了进一步的提高。由此可见, 在我国可持续发展道路上, 汽车轻量化的实现发挥的作用不可小觑。在当前我国汽车工业轻量化发展进程中, 一些新型人工制造而成的材料如合成塑料、碳纤维以及玻璃纤维等复合材料得到了大力的推广;汽车与其所应用材料的结构通过计算机得到了有效地优化, 促使汽车尺寸得到了明显的缩减, 在一定程度上也有力地减少了材料的过度消耗问题。就近几年来对于我国汽车工业轻量化发展现状来看, 在节能减排与环境保护方面取得了优异的成绩, 但不可否认其中依然存在着一定的问题。接下来, 我们就针对其中的一些具体问题进行了分析, 并针对问题提出了几点具体的解决措施。

2 化工新材料应用推动汽车轻量化存在的问题分析

2.1 技术性有待进一步加强

新材料的应用推动汽车轻量化的发展有着极高的技术性要求, 但就我国目前技术发展现状来看, 技术发展还相对比较滞后;虽然我国的一些新型材料能够很好地满足汽车的质量要求, 同时也使得汽车重量得到了显著地降低, 但其却始终无法满足国家化的标准要求, 尤其是其冲压工艺水平也有待进一步提升。在冲压工艺方面, 始终没能很好地解决材料强度与冲压两只之间的冲突, 导致在冲压过程中经常性会发生一些折皱和裂纹等问题。另外, 在复合材料工艺方面, 整体水平还尤为低下, 未掌握一套全面的核心技术, 对于进口技术有着较高的依赖性。总之, 技术的不足, 对于汽车轻量化的发展产生了重要的影响。

2.2 较高的成本费用

在化工材料推进汽车轻量化过程中, 不仅需要考虑必须的技术问题, 而且对于较高的成本费用问题也要给予一定的关注。目前, 我国汽车工业所应用的化工材料基本上都是一些复合型材料, 如铝、镁材料等。这些材料相比传统的材料价格更高, 而且在合成的过程中又需要投入大量的人力物力财力, 尤其是对其研发带来了许多的风险, 如果新材料不能很好的迎合市场需求, 那也必定会导致投资回报率的降低以及成本费用的升高, 由此也对轻量化材料的更好普及产生了极为不利的影响。

3 促进化工新材料推动汽车轻量化的有效对策

针对我国的化工新材料在推动汽车轻量化发展过程中所存在的几方面问题, 具体我们可以采取以下措施进行改善。

3.1 扩大新材料应用领域

目前, 化工新材料在汽车轻量化的过程中应用范围还比较小, 不管是从广度还是深度方面都还存在着很大的局限。所以, 在后期的发展过程中也就需要进一步扩大汽车轻量化进程中的化工新材料应用范围, 不仅需要丰富其种类, 同时还要进一步扩大其应用领域。如在汽车的轮胎、方向盘以及壳体等部件中都涉及到了新材料的大量使用。除此之外, 还要强化新材料的研发力度, 以便于能够满足汽车工业的更高需求, 进而不仅有效地提升了汽车性能, 而且又达到了一种节能减排、保护环境的效果。

3.2 掌握新材料的核心技术

由于我国在化工新材料方面的技术相对落后, 新材料在汽车轻量化的推广受到阻碍。主要原因是技术的局限性使新材料的成本相对较高, 超出购买人的经济承受能力。我国在化工新材料方面要加大投资力度和研究资金, 积极参考国外的研究, 取长补短, 借鉴成功的研究成果, 运用自己独特的创新, 开发出适用于我国化工行业的新材料, 进一步的推动新材料在汽车量化过程的发展。

3.3 丰富新材料的种类

形状记忆合金的优势就是材质相对属于低温形变、高温恢复的, 超弹性为8%, 研究广泛的形状记忆合金有铁基、铜基等, 应用到汽车部件中的温度敏感元件, 例如汽车空调开关等。

现阶段, 汽车上的安全零部件都需要用到高性能塑料, 这是一种聚合物的合金材料, 有较高的耐热性能和抗冲击性, 以及易加工等优势。例如应用到汽车水箱面罩以及汽车内部装饰等。

4 结束语

在我国各城市雾霾环境越来越普遍, 环境污染程度逐渐恶化的今天, 人们对于汽车提出了越来越多的要求。虽然现阶段化工新材料在汽车轻量化方面取得了一定成果。但是, 由于我国存在技术落后、利用率较低、推广范围有限等问题的, 导致新材料在汽车轻量化进程中的推广受阻。我们应不断加强对新材料方面的研究力度, 借鉴国外成功的研究案例, 取其精华去其糟粕, 为我国新材料在汽车轻量化的发展做出应有贡献。

参考文献

汽车轻量化材料 篇10

关键词：化工新材料,汽车轻量化,应用策略

随着生态环境的恶化、能源的匮乏, 加强对汽车行业的改革具有积极作用。当前, 我国大力倡导汽车轻量化改革, 要求汽车工业使用化工新材料, 通过改良创新发动机技术、节能小汽车等, 减少废气的排放并降低能耗。作为人工制造的新材料具有耐超高压和超高温及超高强度等特殊性能, 在相应程度上此类材料可替代一般金属材料, 用于汽车装置或部件的制造。

1 汽车轻量化改革中化工新材料应用现状

当前, 由于生态环境日趋恶化, 我国汽车行业为达到可持续发展要求, 逐渐意识到轻量化发展的重要性。所谓汽车轻量化即汽车质量得到充分保证的基础上, 合理降低汽车配套设施重量, 继而达到提高汽车动力性与能源利用率, 降低减少废气排放和环境污染的目的。由此不难看出, 汽车轻量化对降排减污、可持续发展的作用非常巨大。现阶段, 我国大力倡导应用化工新材料来推动汽车轻量化:鼓励汽车行业使用复合材料, 比如:合成塑料、碳纤维、玻璃纤维等;缩小减少汽车尺寸及材料消耗等。总之, 应用化工新材料推导汽车轻量化虽成绩卓越, 但仍不可忽略汽车轻量化改革过程中遇到的问题, 必须对这些问题进行深入分析, 提出合理有效的解决措施。

2 化工新材料应用推动汽车轻量化的问题

2.1 技术有待加强

应用化工新材料推动汽车轻量化对技术的要求极高, 但我国化工新材料应用技术还相对滞后。虽然我国化工新材料能确保汽车质量并减轻材质重量, 但材料强度尚未达到国际标准要求, 特别是冲压工艺水平有待提高。当前, 我国冲压工艺方面还无法突破冲压与材料强度冲突, 冲压时材料时常发生裂纹和折皱。而复合材料工业方面整体水平不高, 对高端材料核心技术掌握不够全面, 具有较高的进口依赖性。由此可见, 化工新材料技术的不足, 严重制约着汽车轻量化发展。

2.2 成本费用较高

应用化工新材料推进汽车轻量化, 既要考虑技术问题, 也要应对成本过高的问题。当前, 我国化工新材料以复合材料为主, 包括铝、镁等, 相比传统汽车价格更高, 再加上材料合成需要投入大量人力财力, 特别是研发过程中风险极高, 若是新材料无法与市场需要相符, 必定会降低投资回报率, 增加成本费用, 进而影响到轻量化材料的应用普及。除此之外, 新材料后期维修无法跟上进程, 普及率过低等, 也是制约汽车轻量化发展的主要因素。

3 应用化工新材料推动汽车轻量化的措施

3.1 丰富新材料的种类

3.1.1 形状记忆合金

要优化汽车舒适性、节能性、自动化程度与安全性以及工作稳定性, 应充分利用形状记忆合金。这种材质可低温变形、高温恢复, 其显微组织包含的马氏体和母相弹性模量各不相同, 超弹性及弹性变形量各为8%与2%。当前研究最为广泛的形状记忆合金包括铁基、镍钛与铜基, 而在汽车中多作温度敏感元件用于自控领域。比如, 在国外形状记忆合金被汽车空调开关、雾灯等广泛应用, 也被作为汽车发动机水箱等领域的材料。

3.1.2 高性能塑料

当前, 汽车零部件制造商非常重视高性能塑料, 并用其制造汽车安全零部件。这种材料是通过聚合物合金化技术, 采取混改性方式赋予某些高分子材料新性能, 而形成的高性能塑料合金材料, 更是聚合物工业及科学发展的关键目标。ABS/PC系列合金品种涉及高耐热型、高抗冲击型等, 极具表面光洁、易加工、高热变形温度等优势, 无论烤漆或电镀均可, 多用于汽车水箱面罩、内饰件等制造。

3.2 玻璃钢

作为第一代复合材料, 玻璃钢是由塑料树脂和玻璃纤维构成的玻璃纤维增强塑料, 具有良好的隔热隔音、耐腐蚀、质轻、高强度、抗冲击与透波的能力与性能。而第二代复合材料碳纤维增强树脂复合材料, 则是经高温碳化分解增强剂后提取的碳纤维, 采取的机体材料特性与玻璃钢不同, 其综合性能相对较高。此外, 还有热稳定性、耐环境性和抗湿性良好的聚合物基复合材料, 这种材料具有易加工的优势, 以及采取多种金属作为基体的金属基复合材料。

3.3 积极开拓应用市场

根据汽车轻量化发展趋势, 不断研制新产品, 通过准确定位产品, 优化产品结构来适应市场需要, 进而合理开拓应用市场, 推动汽车轻量化材料生产规模的扩大和技术提高, 达到规模经济降低成本的目的。而要对材料研发、生产成本进行控制, 最关键的是要创新技术, 通过回收利用材料提高其利用效率, 促使汽车轻量化材料产业链逐渐完善, 即从研发材料→生产原材料→制造零部件→集成应用整车→回收利用。除此之外, 还要合理延伸产业链, 增加必要的配套服务, 通过有效的后期维护推动汽车轻量化发展。

4 结束语

通过分析可知, 汽车轻量化发展旨在降低减少废气排放和能耗, 而且应用新材料既能带给汽车环保优势, 还能有效控制车内材料散发物质, 促进材料分类回收。总之, 对于汽车行业而言, 安全、节能与环保一直是其必须突破的问题, 因此, 这就需要研发应用新材料, 充分保证汽车行业的可持续发展。

参考文献

[1]梁乾.浅析新材料在汽车轻量化中的应用[J].现代企业文化, 2015, (6) :125;103.

[2]罗礼培.化工新材料应用推动汽车轻量化进程[J].化学工业, 2014, 32 (2) :19-23;24.

汽车轻量化材料 篇11

近日,在北京生产力促进中心和北京数控装备创新联盟的推动下,由机械科学研究总院、北京工业大学和北京信息科技大学联合北汽福田组建的“北京汽车与装备轻量化技术研发基地”在机械科学研究总院举行了揭牌仪式暨产学研恳谈会。国家科技部政策法规司李新男巡视员、北京市科委郑吉春副主任、中国产学研合作促进会王建华秘书长等领导应邀出席了仪式。

市科委郑吉春副主任在恳谈会上指出,研发基地的建设标志着国内科研部门在提升科技创新能力方面从认识上提高了一层,要把科研院所、高校和企业的资源整合利用,吸纳更多社会资源,各自充分发挥优势作用,推动成果到应用的转换。他希望基地在运作过程中能贴近社会经济发展需求,积极探索产学研合作新机制,推动北京市经济发展,为北京科技创新起到示范作用。

李新男巡视员表示,基地的成立将有利于整合各方创新资源,提高自主创新能力,形成产业链优势,希望基地成员单位精诚合作,建立起相互信任的关系,在资源短缺的情况下实现优势互补,促进北京汽车的技术进步和产业发展,为首都和国家经济社会发展做出贡献。(生产力促进中心)

科普活动

宣武区

青少年探寻民族文化之旅

近日,宣武区椿树街道为配合北京科普之夏活动,弘扬、传承宣南文化,组织了40余名青少年来到琉璃厂西街,开始了探求民族文化的寻宝之旅。

青少年们首先参观了荣宝斋、清秘阁等传统文化老店,之后青少年分为5个小组,分别前往中国书店、华夏书画苑、宏宝堂等文化名店亲身探寻书画业的历史。此次活动是宣武区椿树街道“争做四小少年”系列活动之一,之后还将陆续开展“绣祖国美景”、“绿色生活创意集市”等诸项科普活动。 (宣武区科协)

丰台区

科普活动“夏日欢乐行”

近日,丰台区科技馆内热闹非凡,笑声阵阵,该区各社区的孩子纷纷涌来,参加区科技馆举行的“夏日欢乐行”科普活动。

此次活动开辟了3个活动区域,即科普互动区、天文节目演示区和数字科技馆区。在虚幻的空间中,孩子们可在“实验室”解剖青蛙、动手拼装神五、到太空去旅行、去火星去探秘、去海洋探奇探索水生植物奥秘、捉鱼嬉戏、与珍稀动物亲密接触、学做植物标本,度过一个清凉愉快的暑假。 (刘美玲)

石景山

科普进军营

近日,石景山区庆祝建军82周年科普进军营活动在北京军区某部拉开帷幕。活动中,区科委和中关村石景山科技园向北京军区联勤部赠送了科普图书、科普光盘,园区企业远东旗舰公司赠送了自主开发的“兵棋”游戏,与会领导及广大部队官兵还兴致勃勃地参观了区文化创意产业成果展览。本次科普进军营活动以科普为媒,将部队特色需求与企业特色产品完美对接,既满足了部队科技练兵、普及知识的需要,又帮助驻区企业在金融危机之时拓展了市场,创造更多的市场机会。 (裴菊芳)

宣武区

“茶与养生”健康讲座进社区

近日,北京更香茶叶公司在宣武区广外街道朗琴园举办了“茶为万病之药,勿忘饮茶养生”的主题系列讲座。具体而形象地给大家讲解了科学养生、健康饮茶以及生活饮茶小常识,旁征博引,典故不断,在轻松愉悦的气氛下完成了茶文化的传播。“茶与养生”系列讲座是北京更香茶叶公司公益性的社会活动,讲座之后,更香茶艺师还进行了精彩表演。 (宣武区科协)

怀柔区

泉河街道科技周上夺第一

近日,泉河街道选送的“庭院绘绿色 、科普香气浓”主题创意活动喜获2009年北京市科技周主题活动优秀创意设计大赛一等奖。 据悉,泉河街道以“立足基层,服务社区”为工作思路,建成了街道、社区、小区“三级”科普工作体系,并在12个社区组建了12支科普志愿者队伍,定期组织开展科普展览、科普报告和讲座、科技和法律咨询、健康知识巡回展等活动。

(张金强于忠虎)

科技服务

延庆县

果树科技园地“驻扎”延庆乡村

近日,延庆县果品服务中心利用部分行政村村级政务公开栏一角,开辟了专门传播果树管理技术的果树科技园地。该园地对“苹果当前管理要点”、“苹果夏季管理要点”等科技知识进行宣传展示。果农只需浏览,就可学到最新的果树管理技术。据统计,果树科技园地首批入驻的乡村是香营乡屈家窑村、刘斌堡乡马道梁村和井庄镇柳沟村。中心计划在10月底前,在全县15乡镇的20余个果树专业村创办果树科技园。 (杨世华李春凤)

大兴区

植物线虫病研究防控实验室揭牌

近日,“大兴区植物线虫病研究防控合作项目签字及实验室揭牌仪式”在大兴区植保站举行。大兴区植物线虫实验室是由中国农科院植保所、北京市植物保护站和大兴区植保植检站合作建立的京郊首家实验室,该实验室的建成将对大兴区植物线虫病乃至北京郊区植物线虫病的研究、防控起到推进作用,为大兴区的农业主导产业发展、都市观光现代农业发展做出贡献。(大兴区科委)

丰台区

政府出台政策鼓励自主创新

近日,丰台区政府印发了《专利奖励及转化资助办法》,将对专利授权进行奖励,对转化项目进行资助,充分体现了丰台区政府支持自主创新的力度和决心。

《办法》中规定:丰台区政府每年设立专利奖励及转化资助资金1000万元。对申请人获得国内专利授权的,发明专利每件奖励8000元、实用新型专利每件奖励3000元、外观设计专利每件奖励1000元;对申请人获得国外发明专利授权的,每件奖励5万元;对重大专利转化项目资助金额最高100万元。

(丰台知识产权局)

市科委主任闫傲霜延庆县调研科技工作

近日,北京市科委主任闫傲霜一行到延庆县,就科技支撑延庆生态农业、循环经济发展进行调研,并与延庆县有关领导座谈。闫傲霜主任一行先后到中材科技股份有限公司、北京拂尘龙科技发展有限公司、北京阔利达实业集团公司、延庆小丰营无公害蔬菜基地、延庆县植保站进行调研。随后,闫傲霜与延庆县县委、政府及相关部门负责人举行了座谈。闫傲霜对延庆县近年来的科技工作给予了充分肯定,并要求市科委各相关处室要整合各种资源,运用科技手段帮助区县解决重点难点问题,加快重大科技成果在区县的转化。 (刘颖)

调研与会议

怀柔区

市科委领导怀柔调研科技工作

近日,北京市科委主任闫傲霜及相关处室领导到怀柔,对该区科技工作的开展情况进行调研。闫傲霜一行先后来到北京天惠参业股份有限公司和北京有研粉末股份有限公司,在听取了这两家企业负责人的工作汇报后又来到生产车间进行实地考察。随后又来到万方高科技成果孵化园考察了施工建设情况。听取汇报后,闫傲霜主任对怀柔区目前在科技创新、发展方面所做的工作给予了高度的肯定与赞扬,并表示将在资金、技术上加大对怀柔区科技建设的支持力度。

(曹硕)

大兴区

区科委组织企业参加

“高校科研成果落地区县”对接会

近日,大兴区科委组织区内相关企业参加了“首都高校科研成果落地区县对接会”,此次对接会由北京市科学技术委员会和北京市发展改革委员会主办,北京生产力促进中心承办的。相关领导以及生物医药基地、采育经济开发区相关负责人及部分高校负责人、各区县领导、企业家等350余人参加了此次活动。大兴区科委组织了涵盖医疗卫生、新材料/新能源、现代农业、资源环境、先进制造5大领域的8家企业就15个项目进行了对接洽谈,并初步达成了对接意向。

(大兴区科委)

基层动态

怀柔区

生态环境科技示范走廊即将建成

“生态环境科技示范走廊”项目是北京市科委支持的重点工程,旨在把生态治理和生态建设相结合,促进生态旅游的发展。主要内容包括怀沙河湿地建设工程、怀沙河景观建设工程、农村建筑节能改造示范工程、生态科技展示中心建设工程和科普宣传展示等。截至到目前,节能改造工程全部完成、湿地工程和生态景观工程进入扫尾阶段、农村建筑节能改造完成200余户、生态科技展示中心8月完工,并实现生态技术展示功能;科普知识展示内容正在抓紧收集并实施。

(曹硕)

延庆县

延庆荣膺

全市唯一循环经济试点县

近日,延庆县被市发改委评为市级循环经济试点县。在首批获得此荣誉称号的单位中,延庆县是唯一的县。

据悉,区县试点工作原则上每4年评选一次,申报区县应有推动循环经济发展的协调机制和专职人员、已编制区域循环经济发展规划或实施方案,同时设有循环经济相关的专项资金,在循环经济领域开展了大量基础工作并取得成效。北京市将对循环经济试点单位给予政策、资金、税收等多方面的支持。延庆县此次获评循环经济试点县,将对县域经济社会发展起到积极的促进作用。(延庆县科委)

大兴区

星光影视携手院所期待双赢

近日,北京星光影视设备科技股份有限公司与中国科学院理化技术研究所在梅地亚酒店举行“基于流体金属的大功率LED散热专利技术”合作签约仪式。此次星光股份与中科院的全面合作是大兴区落实“科技北京行动计划”的具体体现,是优势互补、实现双赢的产学研合作,是中央科研院所科研成果落地大兴,实现产业化的第一个示范项目。本项目LED大功率影视舞台灯具的研发和产业化将对国内外照明行业节电、和政府倡导的减排效果都具有十分重大的现实意义。

(大兴区科委)

科技创新

通州区

专题会议部署重大项目示范工程

近日,通州区政府召开专题会议,研究部署北京市科技计划重大项目“北运河通州区城市段水环境改善研究与示范”中补水净化示范工程的实施工作。补水净化示范工程是“北运河通州区城市段水环境改善研究与示范”项目的重要组成部分,工程完工后将向北运河通州区城市段每天补充3万吨经净化的污水,对改善北运河通州区城市段的水环境起到重要的作用。(通州区科委)

石景山区

石景山园开辟企业国际融资通道

近日,中关村石景山园园区管委会和GGG集团共同举办园区企业国际融资洽谈会,园区20余家以文化创意为特色的高成长性企业参加。本次洽谈会旨在开辟企业国际融资渠道,有效解决企业发展资金瓶颈问题,促进企业快速发展。GGG集团是一家在英国上市的国际战略管理和融资集团,主要致力于新兴市场的私募股权投资、资产管理和咨询服务,目前重点开发中国市场,主要面向节能环保、新能源、IT、网络游戏、数字媒体和文化创意等高成长性企业。(马海涛)

宣武区

椿树居民赶绿色创意大集

近日,宣武区椿树街道组织50余名社区居民及青少年,在绿色生活馆负责人的指导下,利用手中的瓶瓶罐罐,自己动手把废弃的食用油制作成肥皂。 除了神奇的废油变肥皂,在绿色创意生活集市上,还包括环保小手工、益智小游戏、神奇巧拼装等丰富多彩的活动,学生们惊喜地发现,原来平时随手扔掉的废旧物品经过巧妙的简单加工,就可以摇身变为精美实用的“宝贝”。

(宣武区科协)

项目追踪

丰台区

“农产品安全物流科技示范工程”接受调研

近期,北京市科委党组书记杨伟光到丰台区新发地进行调研,听取该区申报的市级科技项目“北京新发地农产品安全物流科技示范工程”成果汇报。项目通过集成应用奥运食品安全方面的成熟科技成果,从检测、追溯两个环节严格把关,在本市率先实现了全过程“生产可记录、运输可监控、流向可追踪、信息可查询、责任可追究”的目标。该项目设立国际绿色物流区,汇集京郊农民合作社精品农副产品,积极开拓东南亚国际市场,是京郊优质农产品的展销窗口,可促进农民增收。(丰台区科委)

通州区

专家验收第二批“创新型科普社区”

近日,北京市科委组织专家分别对新华街道天桥湾社区、北苑街道复兴南里社区、玉桥街道玉桥北里社区开展的“创新型科普社区”创建工作进行检查验收。

天桥湾社区以“建立一支队伍,打造两个基地”为创建主题;复兴南里社区以“科普指导健身、科学指引健康”为创建主题;玉桥北里社区以“科普楼门”文化建设为创建主题。市科委专家组详细听取了3个社区的创建工作汇报,实地考察了科普环境和科普设施建设情况,对通州区开展创建“创新型科普社区”工作成果给予了充分肯定。 (通州区科委)

顺义区

2010年科普惠农项目申报工作会召开

近日,顺义区科协组织召开了2010年科普惠农项目申报工作会议。区种植中心、三高农业试验示范区、区林业局、龙湾屯镇、大孙各庄镇等相关单位负责人参加了会议。会上,结合北京市科协下发的2010年科普惠农兴村计划项目的申报要求进行了详细部署,要求各单位按照文件要求做好2010年惠农项目的推荐和申报工作。区科协将根据基层推荐的结果组织专家组进行评审,经公示后最终确定顺义区2010年科普惠农项目推荐单位和个人。

汽车轻量化材料 篇12

汽车工业的发展、汽车产量、保有量增多、运行车辆增多也带来了交通安全问题。从2005年以后,中国每年死于交通事故的人数都超过10万人,每年伤亡人数超过20万人,即百万辆汽车死亡人数超过0.5万人。随着汽车产量的增多,这一数字还会增加。每年交通事故的损失巨大。因此如何提高汽车运行过程中的安全性和出现交通事故后减少对人身的伤害(被动安全性)也是汽车工业所面临的重大安全问题。

摆在汽车工业面前的一个十分紧迫的问题就是节能减排,同时也提高汽车的安全性,汽车的节能减排,除了降低风阻、提高发动机的效率、降低摩擦之外,一个最直接、最有效的方法和途径就是轻量化。

1 汽车轻量化意义重大

1.1 汽车轻量化是节能减排的重要方法和途径

对一般乘用车而言,重量每减少10%,可节油7%～8%,CO2排放可减少6%～7%, 其他有害气体排放可减少3%～4%;对大部分商用车而言,每减重1000kg,油耗可降低6%～7%。美国福特汽车公司的全顺车在欧洲试验结果表明,满足欧Ⅳ标准条件下,每百公里油耗Y与自重X满足以下关系:

Y=0.003X+3.3434 (1)

油耗的下降,意味着CO2、氮氧化物(NOx)等有害气体排放量的下降。对各种类型车的大量试验结果表明,车辆的油耗与汽车的质量成线性关系。

图1表示汽车运行阻力分析。可以看出,在汽车运行的4种阻力中,只有空气动力学阻力与汽车的自重无关,其他3种阻力均与汽车自重呈线性关系;这进一步表明汽车轻量化可以有效减低汽车运行的阻力,从而降低油耗和排放。汽车减重10%,对不同类型车型油耗影响的计算机模拟结果见图2,可见减重可以有效提高汽车的燃油经济性。

1.2汽车轻量化是提高汽车动力性、舒适性和竞争力的必然选择

汽车轻量化后,在同样的发动机情况下,由于汽车运行阻力的降低,而使发动机的动力性能提升、加速性能改善。同时,由于汽车轻量化而使汽车中附加的舒适性相关的附件、汽车电器、电子的增重与轻量化相平衡而不另外增加汽车的重量,即可在较高舒适性的前提条件下,保持节能减排。另外,汽车轻量化实施过程中将会采用一系列的新技术、新工艺、新材料,从而提升汽车的档次,也提高了汽车的竞争能力。

1.3 汽车轻量化对相关工业具有很好的带动作用

汽车轻量化是高强度钢、先进高强度钢、轻量化的材料铝合金、镁合金、塑料复合材料的优势集成,汽车轻量化将会促进这些新技术、新材料的发展,从而对汽车相关工业具有强大的带动作用。

1.4 汽车轻量化是社会发展的需要

当前,我国石油对外依存度已超过55%,石油的进口和储备已涉及到我国的能源战略安全,汽车轻量化有效的节能不仅可以减少大气污染,还有利于我国石油的战略储备和能源安全,从而保证我国国民经济的正常运行和社会发展的正常需要。

因此,汽车轻量化有利于满足法规要求、可以使轴荷更好的分配、在不加重的前提条件下提高舒适性、有利控制CO2排放,即可以降低摩擦消耗、降低有害气体排放、改进行驶的动力学性能、提高行驶的舒适性、优化动力对质量的比。因此无论普通燃油车、混合动力车和新能源汽车都需要轻量化。总之,从社会发展的角度,从能源战略储备的角度以及环境和社会发展的需要,汽车轻量化都具有重要意义。

2 轻量化的实施途径

汽车轻量化的实施必须首先进行轻量化的概念设计,通过几何形状的优化,包括采用优化的轻量化结构、去掉汽车零部件的冗余部分和采用空心结构,从而产生相关的轻量化;通过合理的选材,包括应用高强度和超高强度的轻量化材料、低密度的材料,如铝合金、镁合金、塑料复合材料等,利用这些材料优势的集成,达到既轻量化又保证满足各种法规,特别是碰撞安全法规的要求。当采用各种高强度材料时,就会涉及材料先进的成形技术,因此,通过采用先进的成形技术,包括超高强度钢的热冲压成形技术、塑料复合材料的气辅成形技术、铝合金和镁合金的半固态成形技术等,使复杂零部件成形和满足零部件功能的要求,并取得轻量化。因此,汽车轻量化实际是各种高强度轻量化材料优势的集成,各种先进制造技术的优势集成,是设计、材料、制造工艺技术多个专业优势的集成。 其轻量化的实施途径见图3。

3 塑料复合材料在汽车轻量化中的应用

3.1 塑料复合材料对汽车的减重效果

塑料复合材料具有密度小、比强度高、抗腐蚀性好、易成形从而降低了复杂零件的加工难度,塑料基的复合材料可设计性强,耐冲击并可绝热、不导电,因此,是汽车轻量化的重要材料。典型塑料的比重仅为钢的1/7,和钢相比,塑料复合材料减重的潜力示于图4,图中示出了零件等弯曲弯度和等弯曲强度下塑料对钢的减重百分数。

3.2 塑料复合材料在汽车上应用的零件示例

塑料复合材料在汽车上有广泛的应用,包括内饰件、装饰件和许多结构件,特别是近年来塑料复合材料正由内饰件和装饰件向结构件发展,以减轻汽车结构件目前的重量。典型的构件有发动机的进气歧管、各种内饰的拉手、发动机油底壳、汽车悬架的变截面板簧、发动机罩盖以及部分车门的内外板、发动机盖板等。塑料复合材料目前在汽车上应用的品种有PP 、PE 、PVC、PA、POM、PC等,以及短纤维和长纤维增强的塑料复合材料。汽车用的工程塑料大体可以分为两大类,目前在不同乘用车车型上应用的重量比大约为8%～10%,商用车车型上1%～2%。

除了上述构件之外,在混合动力车上,还有一个重要的应用就是电池支架,在内饰件中有仪表板、发动机的进气歧管。

汽车用塑料复合材料有热固性和热塑性两类,考虑到汽车回收方便和法规的要求,目前热固性塑料用量正在下降,由于热固性塑料价格较便宜,特别是树脂类的复合材料包括SMC 、长纤维增长的复合材料在商用车上还有较多的应用,如导流板、发动机油壳等。热塑性复合材料用量正在扩大,重点包括:ABS 、尼龙和聚丙烯等。考虑到汽车回收的方便,目前汽车塑料的一个重要的发展趋势,是汽车用塑料的单一化,以便于管理,扩大应用,便于回收。

3.3 汽车用塑料复合材料的发展

汽车用塑料复合材料的发展趋势是单一化和扩大热塑性塑料的应用,重点是PP 塑料的扩大应用。长期以来,汽车用PP 塑料的改性是通过共混料加入橡胶弹性体以提高PP 塑料的强度和韧性,但是在共混料掺入橡胶弹性体时,很难保证细颗粒弹性体分布均匀,针对这种情况,近年来,国外开发了釜内合金。通过催化反应在釜内合金中加入橡胶弹性体,确保弹性体颗粒的分布均匀和颗粒细小,以及基础料和共混料的性能的一致性。该类釜内合金PP塑料基础料性能及一汽奔腾和吉利熊猫保险杠的性能、改性料的性能分别列于表1、表2、表3和表4。

釜内合金低温冲击断口经刻蚀后扫描电镜组织形貌和进口料的对比,示于图5和图6,可以看出釜内合金的弹性体分布细小、均与,这和釜内合金的性能相一致。

汽车塑料复合材料发展应用的另一趋势是采用长纤维增长塑料的复合材料,以进一步提高复合材料的刚性和强度,代替价格较高的复合材料以制作汽车零部件。表5比较了长纤维增强釜内合金PP 塑料和短纤维增强尼龙的性能。可以看出,长纤维增强的PP 基本达到了短纤维增强尼龙的性能指标,但前者的价格较尼龙低很多,同时还可以轻量化10%。

汽车塑料复合材料开发和应用的另一趋势是应用计算机模拟对材料性能进行改进,采用计算机模拟技术可以节省试验时间和试验费用,从而更有利于塑料复合材料性能提升和新材料的开发应用。

4 结语

塑料复合材料的比重通常只有钢铁材料的1/7,轻量化效果非常显著,塑料复合材料还具有防腐性能好、可设计性强、易于成形等一系列优点,在汽车轻量化中也有广泛的应用前景,包括在汽车内饰件、汽车的特殊结构件等均有广泛的应用。