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乘用车车身零部件轻量化设计典型案例随着环境保护意识的提高和汽车工业的快速发展，乘用车的车身零部件轻量化设计成为了汽车制造业的一个重要课题。
轻量化设计不仅可以降低车辆的整体重量，提高燃油经济性，还可以减少对环境的影响。
下面将介绍几个乘用车车身零部件轻量化设计的典型案例。
1. 利用高强度材料：使用高强度的材料可以在不增加重量的情况下提高零部件的强度和刚性。
例如，许多乘用车现在采用了高强度钢材来替代传统的钢材。
高强度钢材可以提供相同强度的零部件，但重量更轻。
此外，还有一些先进的复合材料，如碳纤维增强塑料（CFRP）和铝合金等，也被广泛应用于车身零部件的制造中。
2. 结构优化设计：通过采用结构优化设计方法，可以将零部件的结构进行优化，以减少不必要的材料使用，从而降低整体重量。
例如，在车身的设计过程中，可以使用拓扑优化方法来确定最佳的结构形状，以最小化材料的使用量。
3. 部分集成设计：通过将不同的零部件进行部分集成设计，可以减少连接部件的数量，降低整体重量。
例如，一些车辆现在采用了一体成型的车顶和车身侧板设计，通过减少连接接口，可以减轻车身重量。
4. 利用轻量化技术：现代乘用车越来越多地采用一些先进的轻量化技术来设计车身零部件。
例如，采用铝合金替代传统的钢材可以显著减轻车身重量。
此外，还有一些其他的轻量化技术，如混合材料结构、可变厚度设计和3D打印等，也被广泛应用于乘用车的车身零部件设计中。
总之，乘用车车身零部件轻量化设计是当前汽车制造业的一个重要课题。
通过使用高强度材料、结构优化设计、部分集成设计和轻量化技术等方法，可以实现乘用车的轻量化，降低车辆油耗，减少对环境的影响。
这些典型案例的应用不仅可以提高汽车的性能和节能性，还可以为未来的汽车制造业发展提供借鉴和启示。
新能源汽车轻量化技术路线和应用策略随着全球对可持续发展和环保的不断推动，新能源汽车已经成为未来汽车发展的主流方向之一。
作为新一代汽车技术的代表，新能源汽车具有环保、节能、高效等特点，尤其在轻量化方面有着巨大的发展潜力。
本文将重点探讨新能源汽车轻量化技术路线和应用策略，以期为新能源汽车的未来发展提供一定的参考和借鉴。
1. 材料轻量化材料轻量化是新能源汽车轻量化的关键技术之一。
传统汽车主要采用钢铁作为车身和车架的主要材料，但钢铁的密度大、重量重，在一定程度上影响了汽车的整体重量和燃油效率。
新能源汽车在材料选择上更加注重轻量化，例如采用高强度铝合金、镁合金、碳纤维等新型轻质材料，从而有效降低整车的重量。
2. 结构设计优化新能源汽车轻量化还需要依托先进的结构设计技术，对汽车的各个部件和结构进行优化设计，使其在保证强度和安全性的前提下，尽可能减少材料的使用量，从而降低整车的重量。
结构设计优化涉及到材料力学、工艺工程、仿真技术等多方面的知识，需要整车制造企业与相关研发机构共同合作，共同推动技术的发展和应用。
3. 动力系统轻量化动力系统是新能源汽车的核心部件之一，也是汽车整体重量的重要组成部分。
对动力系统的轻量化设计和优化工作尤为重要。
采用高效率、轻量化的电池系统和电机系统，采用先进的热管理技术和冷却系统，优化整车的动力传动系统等，都可以有效降低动力系统的重量，提高汽车的续航里程和整体性能。
4. 节能环保轻量化材料的研发与应用在新能源汽车轻量化过程中，节能环保型轻量化材料的研发和应用至关重要。
这类材料主要包括可降解塑料、再生材料、生物基材料等，可以有效减少汽车制造过程中的资源消耗和环境污染，从而实现新能源汽车全生命周期的环保目标。
二、新能源汽车轻量化应用策略1. 政府引导政策政府在新能源汽车轻量化领域可以制定相关政策，包括对轻量化材料的研发与推广给予财政支持和税收优惠，鼓励企业加大对轻量化技术的投入和研发力度。
汽车轻量化技术为了应对全球气候变化和能源危机，汽车轻量化技术得到了越来越多的关注。
轻量化技术包括材料轻量化、设计优化、制造工艺和部件集成等方面，旨在降低车辆重量、提高燃油效率和减少尾气排放。
本文将探讨轻量化技术的原理、应用和前景。
一、轻量化技术的原理轿车的重量主要包括车身、底盘、动力系统和电气系统等方面。
轻量化技术主要从材料、结构、工艺和部件方面入手，通过降低重量、提高性能和降低成本来实现节能减排目标。
材料轻量化是轻量化技术的核心和基础。
目前，汽车材料主要包括钢铁、铝合金、塑料、碳纤维复合材料和镁合金等五大类。
钢铁是最常用的材料，但其密度高、强度低、耐腐蚀性差，在某些特殊情况下易发生变形、疲劳和裂纹。
铝合金密度轻、强度高、抗腐蚀性能好，但成本高、易熔断、易生氧化皮。
塑料重量轻、成本低、塑性好，但耐热性不高、易老化、断裂性能较差。
碳纤维复合材料具有高强度、优异的抗压和抗拉性能、轻量化效果显著，但成本较高、易开裂、难以进行成形。
镁合金相对基本金属具有密度低、比强度高、抗腐蚀性好等优点，同时也存在着耐热性不好、易受害疲劳等缺点。
因此，如何选择合适的材料来实现轻量化效果将是关键。
结构优化是实现轻量化技术的另一重要方面。
通过优化构造、减少部件数量、增强组件强度、降低积件组装给予轻度化设计，可以减少重量、降低制造成本、提高车辆性能。
例如，采用双曲设计的车身可以使车身刚度得到进一步的提高。
亦或是采用空气动力学设计，使得车辆在运动时减少空气拖拽系数，能量消耗减少，进而提高车辆油耗等。
制造工艺包括成型、模具、件接、表面处理等方面。
其中，成型技术主要包括深冲压、锻造、热处理、涂层、铸造、正火渗氮和热塑弯曲等。
成型技术的发展将越来越重视对材料精度、表面质量、几何尺寸和工艺流程等方面的控制。
这需要不断加强材料表面处理、制造精度和部件集成等技术，降低制造成本和提高车辆质量。
部件集成主要是为了减少零件数量、减小构造尺寸、降低能源消耗、提高系统效率和降低成本。
新能源汽车轻量化技术路线和应用策略新能源汽车轻量化技术是指通过采用轻量化材料、设计优化及创新制造工艺等手段，以降低整车质量，提高能源利用效率和续航里程，减少污染排放为目标的技术。
在新能源汽车发展的背景下，轻量化技术成为了促进汽车能效提升、行驶里程增加的重要手段之一。
新能源汽车轻量化技术的路线主要包括以下几个方面：（1）采用轻量化材料：传统汽车通常使用钢铁材料，而新能源汽车轻量化技术可以采用高强度铝合金、碳纤维复合材料等轻量化材料来替代部分结构件、车身及内饰件。
这些轻量化材料相比传统材料具有重量轻、强度高等优点，可以有效降低整车质量。
（2）设计优化：通过优化车身结构、车轮悬挂和传动系统等设计，减少零部件数量和尺寸，提高结构强度和刚度，降低车身重量。
采用空气动力学设计理念，减小空气阻力，提高车辆运行效率。
（3）创新制造工艺：采用先进的制造工艺，如锻造、激光焊接、数控加工等，提高零部件的制造精度和成型工艺，减少材料损耗和能源消耗。
（2）电池系统轻量化：电池是新能源汽车的重要组成部分，其重量占整车重量的比重较大。
通过减少电池的重量，可以有效提高新能源汽车的续航里程。
采用新型的高能量密度锂离子电池材料，可以减轻电池重量，并提高电池的能量转化效率。
（3）动力系统轻量化：新能源汽车的动力系统包括电机、减速器等部分，也是重要的轻量化对象。
通过采用高性能、高效率、重量轻的电机和减速器，可以减轻整个动力系统的重量，并提高能源利用效率。
（4）零部件轻量化：轻量化应用策略还可以在零部件层面进行，通过减少零部件的数量、尺寸和重量等方式，降低整车的质量。
采用模块化设计和集成化组装工艺，可以减少零部件之间的连接和嵌入，简化零部件结构和加工工艺。
长城汽车汽车轻量化开发流程引言汽车轻量化已成为汽车行业发展的必然趋势。
长城汽车作为中国领先的汽车制造商，不仅注重车辆性能和安全，也十分重视汽车轻量化。
本文将详细介绍长城汽车汽车轻量化开发流程，包括需求分析、设计优化、材料选择、制造工艺等各个环节。
一、需求分析1.1市场调研在汽车轻量化开发之初，长城汽车会进行广泛的市场调研，了解消费者对轻量化汽车的需求和期待。
通过调查问卷、座谈会等方式获取消费者的意见，分析市场趋势和竞争对手的产品，在轻量化方面进行定位和分析。
1.2产品定位长城汽车会根据市场调研结果和公司整体战略，对轻量化汽车的产品定位进行规划。
包括车型定位、定位所针对的消费群体、定位所要达到的降重目标等。
1.3需求分析在产品定位的基础上，长城汽车会进行需求分析，将用户需求转化为产品功能需求。
将市场调研、产品定位等信息综合起来，对轻量化汽车的各个方面进行认真的分析和评估。
二、设计优化2.1整车设计在需求分析的基础上，长城汽车的设计团队会进行整车设计。
在设计汽车的各个部件时，尽可能的使用轻量化的设计方案，比如采用更轻的材料、减少零部件数量等。
2.2材料选用在整车设计的过程中，材料的选择是关键一环。
长城汽车会根据产品定位和需求分析，选择合适的轻量化材料，比如铝合金、高强度钢材等。
2.3结构优化除了材料的选择外，结构的优化也是轻量化开发的一个重要环节。
长城汽车会进行CAE 分析和仿真，不断优化车身结构，以达到最佳的轻量化效果。
2.4零部件设计在车身设计完成之后，长城汽车还会对各个零部件进行设计优化。
采用轻量化的设计方案，降低零部件的重量和数量。
2.5模拟验证设计优化完成后，长城汽车会进行模拟验证。
通过模拟软件对车辆的各个方面进行仿真分析，验证设计方案的可行性和有效性。
三、材料选择3.1金属材料在轻量化汽车的材料选择上，长城汽车主要使用一些先进的金属材料。
比如高强度钢材、铝合金等，这些材料不仅轻量化，而且强度高，具有良好的成形加工性。
、选取汽车任意零部件进行轻量化设计,写明设计思路,及前后对比设计思路：选取汽车任意零部件进行轻量化设计，首先需要确定目标零部件，并分析其功能和使用要求。
然后可以采取以下几个方面的设计思路进行轻量化：1. 优选材料：选择高强度、高刚度的材料，如高强度钢材、铝合金等，以减少零部件的重量。
同时还要考虑材料的成本和可加工性，确保设计的可行性。
2. 结构优化：通过结构的优化设计，减少材料的使用量，同时保持零部件的强度和刚度。
可以采用加强筋、薄壁结构、孔洞等手段来实现结构重量的减轻。
3. 制造工艺优化：在设计时考虑零部件的制造工艺，尽量减少工序和操作，减少材料的浪费。
采用先进的制造工艺，如模锻、压铸、复合材料制造等，可以提高零部件的性能和轻量化效果。
4. 材料组合优化：在一些特殊情况下，可以采用不同材料的组合来进行设计，如复合材料结构、材料层叠等，以实现更轻量化的设计效果。
前后对比：轻量化设计后的零部件相较于原有设计，具有以下优势：1. 减重效果显著：通过优选材料、结构优化和制造工艺优化等手段，能够有效地减轻零部件的重量，降低整车的总重，提高汽车的燃油经济性和动力性能。
2. 强度和刚度满足要求：尽管轻量化设计减少了材料的使用量，但通过结构优化和合理的材料选择，仍保持了零部件的足够强度和刚度，保证了汽车的安全性和可靠性。
3. 节约材料和能源：轻量化设计减少了材料的使用量，节约了原材料资源，并在整个产品生命周期中减少了能源消耗，具有显著的环境保护效益。
4. 提升可持续性：轻量化设计符合现代社会对于可持续发展的要求，降低了环境影响和生产成本，提高了产品的竞争力和可持续性。
综上所述，轻量化设计对汽车任意零部件具有明显的优势，在实际应用中可以发挥重要的作用。
汽车轻量化的发展趋势及其技术实现随着工业化的加速和人们生活水平的提高，汽车已经成为了现代社会不可缺少的交通工具之一。
但随之而来的是汽车带来的能源消耗、环境污染、交通拥堵等问题，因此，汽车的绿色环保和高效节能成为了整个行业的重要研究方向。
而轻量化作为这个领域的一个关键技术，也开始引起了越来越多的关注。
一、轻量化技术的发展现状传统汽车在设计时往往会追求强度和稳定性，导致了车身结构的材料主要以铁、钢材和马铃薯粉为原材料，这些重量较大，不仅耗油，而且不利于环保。
因此，轻量化技术的运用成为了改善汽车性能、提高经济性和环保节能的有效途径。
目前，轻量化的技术手段主要包括轻质材料的使用、车身设计的优化和动力系统的改进等方面。
具体来说，汽车制造商可以通过增加铝、碳纤维、镁合金的材料使用量，减少车身结构的重量和材料消耗，从而实现轻量化；另外，对于车身结构的设计也可以采用更加科学的流线型设计、曲柄下沉设计等方式，以增加车辆的空气动力性能和减小阻力；同时，将传统的发动机和传动系统替换为混合动力系统、电动车辆等有助于减小车辆的自重，降低整车能耗等方面的技术也成为了车辆轻量化的有效途径。
二、轻量化技术的优势与挑战通过轻量化技术可以有效地降低车辆的油耗和排放，提高车辆的环保性和经济性。
同时，轻量化还可以增强整车的安全性能，降低车辆的运动性能和灵敏度，为车辆的高性能和高安全性能铺设了坚实的基础。
然而，汽车的轻量化也面临着一系列的挑战。
其中最主要的挑战是如何在材料选择、设计、加工等方面实现轻量化，同时又不降低车辆的安全性、耐久性和质量稳定性，保证车辆的安全性能和舒适性。
此外，汽车轻量化技术的成本问题也难以回避。
不同的材料以及加工方式所带来的成本差异较大，这也给轻量化技术的推广带来了挑战。
三、轻量化技术的前景展望未来，随着科技的不断进步和对环保的重视，汽车轻量化技术将会得到持续发展和改进。
在未来的发展中，轻量化技术将呈现出以下几个发展趋势：1.材料多样化未来的轻量化技术将会更多地采用多种轻质材料，如碳纤维、铝合金、镁合金、塑料等，从而实现更加高效的轻量化效果。
汽车轻量化的主要技术
汽车轻量化是汽车行业开发、提高汽车性能和减少燃油消耗的重要技术。
通过汽车轻量化，不仅有效的减轻汽车重量，提高汽车的加速性能，减少能耗，而且有助于减少材料和能源的消耗。
汽车轻量化的主要技术有：
1.车身材料改进：通过使用合理的车身材料，达到车身更轻、更坚固，
更好、更有效的结构，从而减少车身重量。
通常使用的材料包括：钢材、铝
合金、高强度塑料等。
2.底盘优化设计：车身下部部分是重车身重量最大的部分，通过优化设计，减少底盘的重量和面积，减少结构梁的数量，加强车身的刚性，改善汽
车行驶的舒适性，实现底盘结构的轻量化。
3.焊接工艺优化：焊接技术是车身部件轻量化的重要技术，有助于将大
型车身部件拆分，缩小模型尺寸，从而实现更轻量化的结构。
4.金属发泡：金属发泡是一种可以大大减少汽车重量的复合材料技术。
金属发泡材料特殊的复合结构，能极大的降低车身重量，同时又能满足强度
和刚性的要求。
汽车轻量化已经成为当前汽车行业的主流发展，通过应用上述多种技术，可以大大减小汽车重量，提高能源利用效率，减少燃料消耗，是提高汽车效
率和节省能源的有效措施。
实现汽车轻量化的主要途径据统计，汽车车身、底盘（含悬挂系统）、发动机三大件约占一辆轿车总重量的65％以上。
其中车身外、内覆盖件的重量又居首位。
因此减少汽车白车身重量对降低发动机的功耗和减少汽车总重量具有双重的效应。
为此，首先应该在白车身制造材料方面寻找突破口。
具体说来可以有如下几种方案：1）使用密度小、强度高的轻质材料，像铝镁轻合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等；2）使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢；3）使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光焊接板材等。
方案1）和2）是通过更换车身材料种类来达到汽车轻量化的目的。
其中铝合金具有高强度、耐侵蚀、热稳定性好、易成型等一系列优点，已经在车身、底盘及悬挂系统、发动机和车轮等部件的制造上得到成功地应用，但是由于铝合金中有较高含量的硅和铁，使之回收再利用成为新的难题，从而影响铝合金的更大规模使用。
镁比铝更轻，可以作为铝的最佳替代用品，随着汽车轻量化技术的发展，已有60多种汽车零部件开始用镁合金制造，世界上镁材料的消耗日益攀升，然而在地球上，镁恰恰是一种比较稀缺的金属，其价格昂贵自不待说，再加上镁合金在加工成型方面的困难，更限制了其被广泛应用。
塑料聚合物，如连续玻璃纤维与热塑性树脂改性聚丙烯复合材料（Glass Mat Reinforced Thermoplastics，GMT）是最佳的车用轻质材料，其密度仅为金属的1/5。
用塑料制造汽车零部件所消耗的能量仅为钢材能耗的1/2，还具有加工容易、成型性好、耐腐蚀等特性。
目前轿车上使用GMT材料的零部件有800多种，主要有发动机罩、仪表板骨架、蓄电池托架、座椅骨架、轿车前端模块、保险杠、行李架、备胎盘、挡泥板、风扇叶片、发动机底盘、车顶棚衬架等。
除了可用来制造零部件之外，还有望应用在整个车身制造上，即所谓“全塑车身”。
但是，不同种类的塑料聚合物材料的性能千差万别，塑料的强度、耐冲击性、耐蠕变性及抗老化性也是其难以克服的弱点；且方案2）还将导致车身造价提高。
综述汽车材料轻量化的一些途径东风汽车公司支德瑜当今世界的两大主题是和平与发展。
中国目前未受战乱困扰,发展是首要主题。
但发展必须考虑可持续性。
江泽民于1996年提出:在现代化建设中,必须把实现可持续发展作为一个重大战略。
要把控制人口、节约资源、保护环境放到重要位置,使人口增长与社会生产力的发展相适应,使经济建设与资源、环境相协调,实现良性循环。
!汽车工业也必须服从可持续发展的国策,所涉及的方面很广泛,今仅探讨涉及汽车材料学科诸问题之一的汽车轻量化途径。
1因石油危机而凸现的汽车轻量化问题汽车工业可持续发展的最主要制约因素将是石油资源承受不了长期大量消耗,面临着枯竭的威胁,石油可认为是非再生资源,开采一点就少一点。
地壳石油总储量虽尚未完全勘探清楚,但经人们一个多世纪的钻探,要找到新的特大油藏的机率已不一定很高。
其次,地下油藏也不可能全部开采出来,一般认为采收率受技术条件和成本的制约,石油能采收部分比采不出部分还要小。
这就构成了探明储量!(指可采出储量)这一石油业的术语。
美国1979年的采收率仅为32%。
1997年10月北京第15届世界石油大会传出佳音:挪威能源部长宣布,采用先进技术的油井,采油率可达70%。
我国胜利油田同月也曾宣称已掌握水平井!技术,采收率可达70%。
美国∀油气杂志#最近报导:1997年底世界石油探明储量为10195.4亿桶,同年世界平均日产原油6494万桶。
据此推算,全球石油探明储量仅能支撑此产量43年。
当然我们可以期盼石油探明储量仍可因继续勘探和提高采收率而有所上升,但也不可不估计到人类的每年石油耗量也会因生产发展、人口增多、特别是广大发展中国家人民生活水平的提高而有所攀升,因此石油的供应前景仍是脆弱的。
仅能保证几代人(主要还是发达国家这一小部分人)畅快消费的现实是与可持续发展的伟大理想相距甚远的。
汽车是石油的一个主要消费者。
开发替代能源、特别是开发电动汽车,提示了不耗用石油的可能性。
但迄今任何替代办法都还不如石油燃料经济和方便;优化交通结构,特别是实行公交优先,可以较大幅度降低石油总需量,但是人们还是不断地受着汽车进入家庭的诱惑。
因此通过汽车技术进步,提高汽车本身的热效率以减少油耗,最大程度地延缓石油枯竭之年到来,和保留一些石油资源供其他用途,例如作为塑料等石油化工产品的原料,仍不失为人类当前为可持续发展的前景而作的一种现实的重大努力。
在汽车节油设计改进中有一个重要子项是采用轻量化材料以降低汽车自重。
众所周知,汽车的燃油耗与汽车运动总质量成正比,而汽车总质量为汽车自重与载荷之和。
由于轿车的自重远大于载荷,因此轿车降低自重尤为重要。
自1973年石油危机以来,世界各汽车厂在轿车上采用轻量化材料的进展也较明显,尤其表现在塑料和铝的扩大应用上。
时至今日,现代轿车中占自重90%的6类主要材料各自份额大体为钢55%~60%,铸铁12%~ 5%(以上两项通称黑色金属,约共占65%),塑料8%~12%,铝6%~10%,橡胶4%,玻璃3%。
6类之外的其他材料共占车重的10%,它们是各种重有色金属、各种液体和诸如油漆等杂项材料。
以上比值并非恒定,它随轿车等级、品牌和各制造厂习惯而异;又是动态的,随技术发展而变化,大体上是石油危机发生25年后的当前现状。
载货车载荷远大于自重。
由于其车架、车箱、弹簧和车轮都承重载,机件也传递较大的力和扭矩,一般难由铝和塑料承担,因此载货车上黑色金属的相对密度通常占70%以上。
为了汽车的进一步轻量化,材料学科的主要活跃因素在3个方面:a.采用高强度材料,以减小制件尺寸,并需解决尺寸缩减所可能引发的问题;b.采用低相对密度材料,并需解决材料更换所可能引发的问题;c.采用易成形工艺及与之相适应的材料,使几个零件集成为一体,从而减少多余的重量,也可简化制造工序,降低成本。
汽车工艺与材料AUTOMOBILE TECHNOLOGY&MATERIAL1999年第6期 12采用高强度材料以减轻汽车自重同类材料以高强度品种替代低强度牌号并适当减小制件尺寸是较易实现的技术进步措施,1965年开发二汽系列汽车,扩大应用高强度钢、球墨铸铁、硼合金钢替代传统牌号,就是运用此方针的成功例子。
今再以汽车中用量比例最大的钢为例说明。
钢强化的主要途径如下。
2.1增碳强化常用结构钢是铁中含微量碳至约0.8%碳的合金。
极低碳钢的金相组织为铁素体,含0.8%碳的钢为珠光体。
钢中增碳,珠光体比例增加而铁素体相应减少,其强度也相应增大,而成本基本不变。
为了减重,人们宜常自问,这个钢件可否比传统钢号适当增碳和缩小?在服役中和制造时有何制约因素?有何措施可以克服制约因素?2.2合金化强化钢中加入合金元素能提高强度。
不同元素的强化效果不同,也会带给钢其他不同性能。
人们宜常自问,这个钢件是否有采用合金化强化的必要和宜于采用何种元素及含量,包括采用一种或同时兼用两种或多种元素,而增加的费用由减重取得补偿。
2.3热处理强化钢经过一定的加热和冷却过程,能改变原来的珠光体 铁素体金相结构,形成诸如各种回火马氏体、贝氏体等强度更高的组织。
还有各种化学热处理工艺,如渗碳、渗氮、渗金属可使钢件由表及里的含碳量或其他化学成分发生变化,从而使各层具有不同性能。
汽车上重要承力(包括耐磨)零件几乎都要采用热处理强化,相应缩小尺寸和提高寿命。
人们宜常自问,这个钢件能否采用一般热处理、高频热处理或化学热处理得到强化从而缩小其尺寸呢?但要综合平衡所增工艺费用,特别是多耗能源的得失代价。
2.4应力强化钢材预施定值拉力,可提高屈服强度。
零件施以诸如喷丸、滚压等工艺后,其表面会残存压应力(渗碳、氮化、高频淬火等工艺也有此效果)。
此后零件在服役中承受弯曲、扭转等负荷时,所产生的表面拉应力峰值便被残存压应力抵消一部分。
由于汽车零件的损坏往往起因于表层的拉应力疲劳,因此强化工艺可有效提高零件寿命。
人们宜常自问,此钢件能否采用应力强化而缩小尺寸呢?2.5实例例1:钢板冲压件的减重汽车上用料最多的材料和工艺是钢板冲压成形。
提高材料强度以减重的主要制约因素是制造过程中的材料成形性问题。
因此长期以来低碳钢(第一代是沸腾钢08F,第二代是镇静钢08A1,最近的第三代是IF钢,即无间隙原子钢),以其成形性好而成为汽车冲压件的主要材料。
对于要求强度的构件,完全可以设问,能否增碳,以20钢代08钢,这就需产品设计师在构件形状上设计得简单些以保证成形。
例如车架和车箱的梁类零件,如设计成槽形断面便可采用含碳量较高的钢板并相应减薄。
还可以采用合金手段如采用16Mn 钢号以进一步强化并减薄。
这时,又须适当加大压弯部位的圆角半径,例如使圆角半径R值等于板厚,以防冲裂。
有些合金组合还可使钢板保持较低碳量,获得较大比例的铁素体以提高成形性却仍保证与16Mn钢同样强度,例如09SiV钢。
微量铌或钛加入钢中也能获得高强度钢。
车身深冲薄板用于制造复杂零件,为提高成形性,追求进一步降低碳量,例如降至0.05%或更低,并纯净炼钢。
但仍有提高强度和减薄的余地:一是可加入用量很少而增强显著的元素磷。
含磷钢板已为世界各大汽车厂普遍采用。
我国80年代末已经开发,近年几个大汽车厂已经推广,平均可使钢板减薄0.1mm,减重约10%;二是开发烘烤硬化钢板,控制成分和热处理规范,使供应的钢板(在冲压时)硬度较低,成形性好,但在冲件油漆时在烘漆炉中能借烘烤温度而硬化,从而可以获得既能减薄却仍满足服役要求的较高强度。
例2:机械加工零件的减重钢质承力机械加工件,适量增碳提高强度应可减小尺寸,其塑性虽有所下降,但往往仍有足够储备,能够充分满足服役要求。
例如可考虑用0.45%碳钢代替0.35%碳钢。
甚至可使碳量达到弹簧钢的碳量水平0.55%~0.65%而并不影响服役,如有的发动机连杆锻件采用了0.55%碳钢。
提高碳量(强度)遇到的两个主要制约因素还是出现在制造上。
一是硬度的相应提高,引起切削加工难度增大。
但如能改变刀具材料,例如采用硬质合金刀和进一步换用新型陶瓷刀具,有可能克服此困难。
其次是采用精密成形的先进热加工工艺以减少加工余2 汽车工艺与材料量,然后采用磨削代替切削,也是有效的措施。
二是增碳零件在热处理淬火时易裂。
但冷却剂如以油代水,零件就可免裂。
若零件淬油又不能淬硬,可在淬火油中加入改性剂,如东风汽车公司新近研制的改性剂,就可克服此难题。
3采用低相对密度材料以减轻汽车自重3.1球墨铸铁代钢同等尺寸的零件,用铸铁代钢可减重约10%,例如4缸发动机曲轴,全世界多已完成了由钢转化为铸铁的过程,但6缸柴油机曲轴仍多沿用锻钢件。
我国受大锻压设备缺乏的制约,早年在重型柴油机的设计和制造中,早已广泛采用球铁曲轴,例如重型汽车公司本国设计的6120、6130等发动机均采用球铁曲轴。
由于早年的国家政策,我国5吨载货车原规定采用汽油发动机,其6缸曲轴,一汽采用锻钢件,二汽在60年代就改为球铁。
现在二汽又要在原来的6100汽油机尺寸制约下,改造成6102柴油机,曲轴强度显得不足,必将引起服役中断轴事故。
为此历年进行多种强化处理途径的研究探索,最后证明,开发曲轴圆角滚压工艺和其专用设备,仍可实现6缸柴油机曲轴的球铁化。
现EQ6102柴油机已实现球铁曲轴的大量生产。
其他如空气压缩机曲轴、发动机连杆、离合器分离叉等零件,以球铁代钢的实例甚多。
东风公司最近在康明斯6B柴油机中以奥氏体 贝氏体球铁代替6种渗碳钢齿轮,是最新实例,均取得减重效果。
3.2铝代铁和代钢铝的相对密度为2.70,钢为7.9,各牌号铸铁为7.0~7.3,如能合理利用铝代铁代钢,有可能减重。
铸铝强度相当于灰铸铁,因此以铸铝代铸铁,一般不需在尺寸上作重大调整而获得减重约60%的效果。
现在世界上很多轿车发动机的气缸体、气缸盖已采用铸铝件。
以铝代钢,因铝的强度和杨氏弹性模量均比钢低数倍,因此难度较大。
美国铝公司早在80年代与奥迪汽车公司合作,在铝合金空间构架上覆以铝板,制作轿车车身,可减重47%,但各主要汽车厂未见大量推广。
3.3塑料的推广应用各种塑料的密度为0.9~ 1.8,聚乙烯和聚丙烯均小于1。
广泛用作轿车前后保险杠的聚丙烯,加入滑石粉作填充料后,其相对密度也仅为1.23,因此采用塑料件替代其他材料,即使适当加厚,仍可使制件减重。
例如近年用高密度聚乙烯制造轿车汽油箱,常取4mm壁厚,即5倍于常用的钢板厚度,仍可使油箱减重30%之多。
轿车内部构件已广泛采用塑料制造。
玻璃纤维增强的SMC片状模塑料,可制造某些车身外板件,与钢板冲压件竞争。
4采取零件集成措施以减轻汽车自重两个或多个零件集成为一个单一零件,不仅工序简化,并且一般可期望有减重效果。
铸件和塑料件具备这一潜能。
轿车转向节被认为是保安件,一向采用锻钢制造,其连接件转向臂,是另外的锻件,采用螺栓螺母等紧固件连接。
