轻型汽车燃油尿素箱模块轻量化技术研究

王亚美 何赟 赵莉莉 张智瑞

摘 要：在当今时代，轻量化技术已经成为各个汽车企业提升市场竞争力的一大关键因素，为此各大厂家纷纷投身至轻量化技术的研究之中。轻量化技术的应用能够有效提升汽车的性能，提高系统的智能化，进而对机械设备进行操控，推动汽车厂工业的发展，让汽车厂工业实现性能的优化升级，促进智能化的发展，顺应未来的发展趋势。

关键词：轻量化;燃油箱;尿素箱;改性PA6;注塑工艺

引言

为了降低汽车油耗，减少环境恶化，节约能源，增强汽车性能，在汽车制造工业中应用轻量化技术意义重大，因此采用轻量化材料势在必行。板式液压成形是指以高压液体为传力介质，代替刚性的凹模或凸模，使坯料在传力介质的压力作用下贴合凸模或凹模成形的一种柔性制造工艺。该工艺在铝合金等轻金属板材成形方面具有独特的技术优势：①提升成形极限;②表面与柔性介质接触，成形的零件表面质量高。

1汽车轻量化技术概述

汽车轻量化在世界汽车产业中有一个普遍的定义，它具体指的是在明确汽车使用要求、驾驶安全、成本控制的情况下，采用轻量化技术实现材料以及制造工艺的整合，进而促进整个车身实现轻量化。在进行汽车轻量化的过程中，需要对整体进行控制，及时制定汽车的成本控制目标，对汽车的整体安全性进行调节控制。汽车的轻量化技术不单单指的是降低汽车的质量，它是一个综合性的内容，它关系到了汽车整体的安全性能，为此我们需要考虑汽车产品经济的合理性，保障消费者可以接受的价格范畴，依据消费者的心理特征，做好下一步的决定。轻量化的作用主要分为三种形式：第一，部分汽车的功能已经满足了大众的需求，为此需要对轻量化技术进行改革，促进汽车自身的质量;第二，有些汽车本身具有一定的功能，这些并不足以满足客户的需求，那么就需要进行轻量化设计，进一步改进轻量化的技术;第三，就是通过改善汽车的性能，促使汽车实现减重，主要目的是为了提高性能，降低质量，优化结构以及价格，促使这一部分的内容尽量满足需求。

2结构设计的轻量化技术应用

结构轻量化技术需对汽车总体结构进行分析和优化，从而实现汽车零部件的轻量化和整体化。现有技术中，燃油箱和尿素箱是两个独立箱体，通过与之匹配的支架与车架连接在一起。近年来，有企业开始研究将燃油箱及尿素箱两个独立单元通过外围结构的内嵌等方式结合在一起，外观看似一个整体，实际还是两个独立箱体，以这样的方式来降低系统的重量，有部分成效，但减重效果不明显。如何才能真正实现一体两腔既能保证燃油箱和尿素箱各自的性能指标，同时又能保证两者之间的阻隔性和阻热性。为达到上述目的，本文提出了燃油尿素箱模块设计思路，箱体外观、内部结构分别。燃油尿素箱模块由上壳（1）、下壳（2）通过热板焊接而成，燃油箱和尿素箱的分隔板（4）设计有一定的拔模斜度，从顶到底部逐渐加厚，提高分隔板的牢固性和稳定性。燃油箱内部设置左右防浪涌隔板（5），减缓燃油液面起伏变化对分隔板的振动冲击，有效避免左右腔室液体产生共振。壳体内表面形成用于设置分隔板（4）和防浪涌隔板（5）的卡槽（6），分别注塑分隔板和防浪涌隔板，并将分隔板和防浪涌隔板通过卡槽固定于壳体的一半中，再通过热板焊接将上下壳焊接为一体。为增加模块整体强度，在箱体内部设置有小支撑（7）和大支撑（8），使其对箱体内部的分隔板、左右防浪涌隔板起到整体连接加强的作用。在满足使用功能的前提下，借助结构的变化，大大降低系统总质量。

3材料的轻量化技术应用

3.1碳纤维增强复合材料在车身中的应用

大众推出的采用碳纤维复合材料车身和零部件（碳纤维增强型塑料防倾杆）的XL1车型。该车只有23%由钢铁制成，总质量795kg。奥迪复材研究中心兼顾动力和经济性，选取传动轴通道和（轿厢）后壁零部件使用碳纤维材料。并针对RTM（树脂传递模塑成型工艺）工艺的研发难题，对注塑压力、压缩力及模具间隙进行精准调整，实现模塑工艺优化方案。奥迪A5采用碳纤维预浸料模压成型生产碳纤维车顶。

3.2镁及镁合金材料

镁合金在所有的材料中，属于轻量化的材质，它具有良好的抗震、降噪能力，并且容易回收，在现阶段被誉为“绿色金属结构材料”。镁合金具有优良的性能，能够在汽车传动系统、车体系统、引擎系统以及底盘系统等方面进行应用，进而达到轻量化的目标，实现降噪、吸振的目的，促使车身刚度以及安全性达到要求。在全球，对于很多车企来讲镁合金的开发与应用已经日渐增多。

3.3 高强度钢

汽车材料中应用得最广泛的就是钢铁材料。其中，汽车轻量化技术中应用超高强度或高强度钢对减轻汽车质量方面都具有重要的促进作用。在汽车车架和汽车负载部位应用高强度钢板替代铸铁和普通钢，很大程度上减轻了车身质量。汽车转向零件等一些对强度要求较高的部件可应用高强度钢，且此类材料也可以应用于底盘或车身等，实现轻量化的目标。

3.4镁合金在车身中的应用

镁合金材料根据成型工艺的不同，主要分为铸造镁合金和变形镁合金2类。德国在镁合金领域一直处于世界领先地位，德国大众汽车公司在20世纪30年代就开始使用镁合金，在90年代，奥迪汽车首先推出镁合金压力铸造仪表板。奥迪A4、A6等汽车的变速箱壳体均使用AZ91D镁合金，新一代奥迪A8发动机舱的三角支撑杆即采用了镁合金目前，汽车中的镁合金零件近100种，其中92%采用铸造工艺实现，如变速箱壳体、离合器壳体、仪表板骨架、座椅、减震塔、车轮、车门内板、尾门内板等，8%则多以型材、装饰性板材、极个别以覆盖件板材的方式存在，应用于豪华轿车、超级跑车。

4整车数模的轻量化开发及优化

整车数模的轻量化程度是实现整车数据渲染及评审的重要基础。因此，在制作虚拟样车数据的准备阶段时，就需要进行数据轻量化，以达到对仿真模型的快速渲染需求，保障虛拟评审效果稳定。从本文目的出发，对整车数模轻量化有以下几点思考：（1）对静态主观视觉评价来说，在含有大量工业信息的数模中，仅需较少的有效信息;（2）十几个G的整车数据在普通计算机软硬件条件下难以整合，即使整合成功，在进行渲染或虚拟样车评审时也可能造成卡顿、死机等;（3）整车数据的BOM表有几百个零部件，手动处理存在工作量大、重复操作多、数据管理困难等问题。通过观察数据保存形式，先后测试了stp、stl、igs、wrl、cgr这5种通用格式转化，结果证明cgr格式可以转换成功并组装为整车，这种格式仅含有零件的外形、世界坐标等信息，以此达到降低原数模工业信息量的目的。

结束语

为减轻汽车的整体质量，采用轻量化材料势在必行，而板式液压在铝合金等轻金属成形方面具有独特的技术优势，发展迅速。现以发动机盖内外板零件为例，分析了板式液压工艺规划、CAE分析、工艺设计及模具设计技术要点和调试方案。列举了板式液压成形技术应用项目，其零件经多次装车，满足试验要求，达到精度指标还分享了项目攻关经验，为后期项目开发提供指导。

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