轻量化技术在汽车工程中的应用分析

轻量化技术在汽车工程中的应用分析

郑冰松

南宁市金盾道路清障有限责任公司

【摘要】轻量化是汽车工程发展的趋势，在确保汽车基本功能的基础上达到轻量化的目标，有助于提高汽车使用的安全性和稳定性，因此轻量化技术在汽车工程中应用不可或缺。本文结合笔者多年的研究与实践，探讨将轻量化技术应用在汽车工程中的具体措施，以供参考。

【关键词】轻量化技术；汽车工程；实践应用

    在现代化的汽车工程应用中，轻量化技术是一种主要的应用技术，采用现代化设计的方式对汽车产品加以设计，不但可保住原有的基础性能，还在应用新材料的基础上有效降低汽车重量，实现节能降耗目标。应用轻量化技术后，汽车工程也得到进一步的发展，并不断从材料开发应用、结构设计优化、技术推进下进一步研发，这也标志着轻量化技术在汽车工程研发应用的未来还有更大的功能价值，有着更远大的发展前景。

1.轻量化技术简述

    轻量化技术是一种新兴技术，从本质来看，这是汽车行业主要的一项技术，应用的目的在于降低汽车产品的能耗，避免对环境造成较大的污染，此外该技术还能车身材料应用上有了新的要求，控制车身的使用材料，尽可能在保证基本性能的基础上减少材料使用量，进一步达到节能效果[1]。由此可见，可以将汽车工程轻量化技术概括为以下的应用效果：首先，汽车产品应用轻量化技术最基本的前提是合理设计汽车结构，若汽车结构设计不合理，就会导致汽车本身的重量增加，各种材料使用量增加，导致资源浪费，还会增加安全隐患。而合理设置汽车结构后，就能有效避免很多问题的发生。当前我国汽车结构设计中普遍应用优化并排焊点、加强筋、减重孔等方式尽可能满足轻量化的要求，从最开始仅仅依靠经验设计的方式进步到采用有限元的设计方法得到设计目标。其次，轻量化技术的应用还要求正确选择轻量化材料，在汽车生产制造的过程中，要尽可能减少重量，就要考虑到材料的质感和重量，需要引起重视的是，选择材料必须建立在实现施工性能基础上。应用轻量化材料比如塑料、复合材料、镁合金等，都有助于降低汽车的重量。最后是在制造工艺上，伴随联接技术、成形方法的创新，比如剪拼焊接工艺技术、柔性化板材辊轧、薄壁制造技术等等，这些都有助于降低汽车整车的重量[2]。

2.新型材料在汽车轻量化技术中的应用

2.1铝合金的使用

    由于铝有着较低的密度，且具备很好的导热性、导电性及塑性，在加工上也非常方便，因此当前汽车制造生产中铝合金的使用非常广泛，比如车身、底盘、发动机中都会大量应用铝合金，一些新型铝合金材料也在汽车轻量化的发展趋势中开始广泛应用。但与此同时也要注意一些问题，与铝合金的应用成本相关，在成本较高的情况下推广应用难度较大，这与保证汽车功能，控制成本的目标相冲突，因此需要解决相关问题。

2.2镁合金的使用

    将镁合金应用在汽车工程制造生产中，主要包括非结构铸件、结构铸件，前者通常不需要承受较多的冲击力，更多使用在汽车变速器、离合器壳、发电机罩上，后者则要满足一些冲击力，因此多了不少要求，还要承受一些载荷，比如方向盘、座椅框架、仪表盘、离合器支架等等。伴随着各种新材料的不断研发，镁合金应用的强度也不断加强，使用的范围不断扩大，向汽车发动机与外车身的应用中发展，还有缸体、缸盖等方面也逐渐应用[3]。另外，镁合金还有回收价值，回收过程简单方便，属于绿色结构材料的范畴，因此具备资源优势。我国镁资源储备量较大，其他传统技术矿量逐渐枯竭的情况下，加强镁合金在汽车工程中轻量化技术的应用有着巨大的发展前景。

2.3钛合金的使用

    钛合金更多使用在汽车发动机配气系、底盘零件和曲轴连杆结构方面，此外还有消声器及车轮也有应用，该材料能够满足赛车的需求，且逐渐批量化地在轿车领域扩展。但该材料目前还很少使用在车身上，当前在车身的使用还处于不断研究中。钛合金零件能够满足很好的性能需求，在生产与加工的成本方面也有逐年下降的趋势，这使得该材料在汽车工程的应用中有较好的发展前景和推广价值。

2.4高强度钢的使用

    高强度钢的使用性能较好，且有经济性，车身大部分零件都可使用该材料，得以满足轻量化和安全性的需求。目前该材料的应用范围扩大，伴随广大用户在汽车安全性需求方面的变化，优势也逐渐突出。高强度钢强度逐渐提高的情况下，车身减重也比铝合金更好，所以整合强度与安全等级都有明显的提高，能够满足轻量化及安全性能的要求，在行驶过程中还能降低噪声，提高燃油效率，改善汽车原有的加速性与驾驶性能。当下高强度钢更多使用在加强板、固定板、悬架支架、油箱固定板、发动机支架、底板横梁加强板方面[4]。

2.5工程塑料和复合材料的使用

    工程塑料的密度很小，有很强的耐腐蚀性，塑性较高，且能够隔热隔音与防震，因此在汽车工程领域得到广泛的应用。该材料主要是由工程塑料与增强纤维复合形成，有助于降低汽车整车的重量，目前工程塑料也在车身结构件上进行扩展应用，而复合材料、高性能树脂等也不断增加使用，其回收性的优势也逐渐体现出来。另外工程塑料与复合材料还能使用在车身覆盖件中，常见如车厢后挡板、车顶板、车门等部位。

2.6其他材料的使用

    在汽车工程制造生产中应用的其他新型材料还包括精细陶瓷，其具备很好的力学与化学性能，在耐磨、耐热与耐腐蚀上体现出巨大优势，所以可以使用在汽车发动机燃烧室与热交换器当中，降低燃油的消耗量。还有蜂窝夹层材料，最初多应用在飞机中展现其刚性与强度，且成本也比较低，还有耐腐蚀和隔音隔热的效果。为了实现轻量化的目的，玻璃增强材料可替代过去使用的金属材料，在防撞杆、后背门、保险杠上应用。

3.轻量化技术在汽车工程中的实践应用

3.1轻量化技术在汽车结构设计中的应用

    在进行汽车结构的设计工作中，设计的合理性直接决定汽车应用的实效，特别是汽车使用中给人提供的舒适度与安全性，这是重点考虑的问题。基于此，现代汽车结构的优化非常重要，而这些工作则涉及很多问题，这就需要保障汽车各个系统部分都要充分发挥应有的效果，同时要在设计手法与方式上创新，而不能简单依靠经验来设计。在当前汽车工程结构设计实践中，采用有限元等现代设计方法以发挥较好的效果，在具体应用的技术上，同样需要借助CAD或CAE技术落实，从提升结构设计效果上来提高各组成元素的效果，还能确保各项数据的准确性，在应用较少材料的基础上依旧能保持汽车必须的稳定与安全[5]。比如合理应用生物学增长规律优化，达到节省材料的目标，也避免对安全性与力学稳定性产生的不良影响。

3.2轻量化技术在汽车制造工艺中的应用

    将轻量化技术应用在汽车制造工艺中，首先要应用激光焊接技术，这种技术可用在复合拼焊板上，通过制造和改善轿车零件的使用性能降低其重量，保障安全，同时也减少结构质量及材料方面的损耗，强化元件的性能，保持汽车稳定性，让汽车车身在大多数冲击的情况下依旧有较为均衡的强度。其次是液压成型，这是将成型管件放在密封模具当中，将流体介质引入管件里，增加水压后，管件在模具中变形，于是形成汽车的零部件形状。该技术目前已经很好地取代传统生产工艺，提高了汽车零件的品质，并且在减少数量的情况下，很大程度上减轻了汽车的重量，也降低的造价，可使用在T型接头、发动机支架、排放系统当中。再者是半固态铸件，这是由液态向固态转化的过程，金属材料以两种不同的状态存在，在一定温度区间中进行加工，形成成品形状，即应用半固态铸造技术。该技术还包含有触变铸造与流变铸造两种，工艺简单，不会消耗过多能源，因此成本较低。相比之下流变铸造金属输送有一定的要求，所以较少应用，主体为触变铸造，但该技术成本稍高，工艺过程也相对复杂。最后是喷射成型，这是一种成型加工技术，最早的雏形为快速凝固粉末冶金工艺，应用高压惰性气体将金属溶液雾化为细小液滴，就会以轴线的方向高速飞行，在未完全凝固以前，收集沉淀到一定形状接收基体上，在合理设计下控制运动方向，再从液态金属直接制取形成快速凝固特征的盘坯和管坯，可应用在汽车工程发动机的一些重要零部件当中。

4.轻量化技术在汽车工程中的应用前景分析

    将轻量化技术应用在汽车工程的设计、制造、生产加工中，是未来汽车发展的趋势，不管是对汽车动力驱动、节能减排或是降耗方面均有着非常重要的现实性意义。目前我国在汽车生产的工作中还存在很多问题，与名列前茅的世界性汽车生产国之间还存在较大差距，因此需要引起重视。就轻量化技术而言，该技术目前已涉及到多个领域，也是多学科交叉形成的综合体，但在实际应用中还存在单科研究的问题，很少真正与多学科交叉分析，融合判断。轻量化技术的核心技术并非单学科能解释和完成，这需要多多学科、多专业进行战略性的部署，深度融合分析，尽快建立与需求相适应的科研机构，并促使产学研相结合，有明确的定位与分工，衔接好研发与生产之间的关系，才能有更好的推广应用价值。另外，还要认清我国很多汽车制造生产企业总体规模较小的情况，这就决定了很多企业不具备较强的科研开发能力，通常也不配备优秀创新型的研发人员，因此还要通过其他的方式来突出轻量化技术的优势，使其更好地在汽车工程及生产制造领域发挥更大的作用。相关部门、企业也需将科研的成果进行市场化的转化，并在多方参与下逐渐形成和完善规范标准，确保轻量化技术在汽车工程的推广应用中有更广阔的发展空间和实用价值。

5.结束语

    综上所述，当前我国公民的环保意识不断提高，越来越多人开始寻求对汽车需求及对环境保护需求之间的平衡，更重视能源的节约，也对汽车的优化创新有了更多的期许。在这样的大背景下，轻量化技术的研究及其在汽车工程中的应用探讨是非常必要的，该技术的应用需要围绕汽车生产的各方面进行创新，特别是把控汽车生产材料、结构设计、生产制造工艺几个方面，在确保质量、安全、稳定的基础上减少材料的应用，降低重量，真正达到轻量化的要求，才能优化应用环境，提高舒适度，满足广大消费者的需求。

【参考文献】

[1]汲建.简析轻量化技术在汽车工程中的应用[J].科技论坛,2017,11(12):5.

[2]胡剑.浅析汽车工程中轻量化技术的应用[J].湖北农机化,2018,2(9):55.

[3]王洪刚.轻量化技术在汽车工程中的应用[J].科技论坛,2019,11(12):125.

[4]郑宏达.谈汽车工程中的轻量化技术应用[J].科教导刊,2017,2(9):290.

[5]高阳.汽车轻量化技术方案及应用实例[J].汽车工程学报,2018,11(1):1-9.