轻量化技术在汽车工程中的应用探讨

杨光 金明浩 丁丽萍

【摘要】在汽车工程的发展过程中，轻量化是发展趋势。汽车轻量化可以有效提高汽车的安全性和稳定性，减低燃油消耗，减少尾气排放，推动汽车行业的绿色持续发展。

【关键词】轻量化技术;汽车工程;应用

一、轻量化技术概述

在我国汽车工程领域，轻量化技术的应用已经成为促进汽车行业稳定发展的重要技术。轻量化技术主要是通过对汽车结构加以合理设计、优化汽车的相关功能、应用新型节能材料等，降低汽车的自重，提升整车的性能，使得汽车在原有设计的基础上，具备更高的安全性与舒适度。在我国汽车行业，轻量化技术的应用已经取得了一定的成果，在一定程度上为汽车行业的发展创造了动力。但是，我国汽车行业的整体水平较低，必须在加强技术创新的基础上加强对轻量化技术的应用。

二、轻量化技术在汽车工程中的应用

（一）积极推进轻量化材料的应用

随着汽车工业整体快速往前发展，在汽车制造过程当中应该更多地引入轻质材料，其本身不仅能够更好地降低汽车整体重量，对于汽车整体性能提升也具有积极意义。例如，通过在汽车生产过程中引入铝镁合金、高强度钢、玻璃增强材料、工程塑料、钛合金以及结构发泡等相关类型的材料。与其他的汽车材料比较，高强度钢本身在生产工艺、整体成本以及防撞性能上都存在巨大的优势，其本身能够显著地改善汽车本身的碰撞性能以及汽车整体的安全性，通过改变部件的厚度、急性降低自身的重量，能够在很大程度上提升部件本身的抗破坏能力与抗凹陷性，不仅能够在很大程度上提升安全性，而且还能够降低油耗。铝镁合金具有强度高、重量轻、易成型、具有良好塑性等优点，在汽车底盘的零部件以及汽车车身部位广泛应用，在成型技术以及材料技术快速发展的今天，铝镁合金材料的应用范围势必会得到进一步的扩大。工程塑料以及玻璃增强材料本身具有良好的成型性而且密度较低、耐腐蚀、隔热、隔震、隔音等相关的优点，当前玻璃增强材料以及工程塑料在汽车的外饰以及内饰当中应用较为广泛。

（二）车身设计中的应用

1.优化结构设计

汽车轻量化技术的应用中，也可以从车身的优化设计着手。车的结构的轻量化设计需要以不降低整车性能为前提，尽量减少整体结构中冗余的零部件，简化结构设计，保证结构的紧凑性，提高汽车轻量化设计的效果，从整体上改变车的结构设计，实现零件轻结构设计。结构设计是轻量化设计的关键环节。

2.形状优化

车身形状的优化主要是为了降低汽车的自重，使得汽车形状的质量更低，保障汽车零部件的耐久性，延长汽车的使用寿命。从整体设计的最优化角度着手，为提高汽车的整体性能与实用价值，在汽车相关部位的设计上要尽量避免应力的过度集中，使得汽车在标准荷载下可以保持相对均匀、平衡的受力。在形状的优化过程中，要利用形状来改变汽车相关结构的应力分布状态，比如，可以在高负荷位置添加部分材料，而低负荷部位去除部分材料。

3.优化拓扑设计

我国汽车拓扑结构的设计上，主要受到传统设计理念的影响。汽车概念设计早期，材料布局的优化过程也是汽车形状的优化与改善过程，此优化过程也影响着汽车的整体性能。而车身轻量化设计中必须进行拓扑结构的优化，以保证车身结构设计的后续形状与尺寸等能够达到轻量化设计的要求，提升材料的利用价值，使得设计人员可以充分遵循零件设计的相关要求，提高零件结构设计的科学性与合理性，减轻车身的质量，保证在整车中，零件的性能最优化。

（三）先进制造工艺

1.激光焊接

激光焊接工艺采用各种复合板进行拼焊，改善了零部件的使用性能，降低了汽车自身重量，提高了汽车结构可靠性及安全性能。液压成型工艺是将待加工管件或板料置于密闭模具中，通过流体介质使管件或板料在模具中变形成型，该工艺取代了传统的加工模式，提高了产品品质，降低了汽车重量和成本，广泛应用于汽车零部件如排气系统、后桥、发动机支架等。半固态铸造技术是将金属或合金材料在固态与液态温度区间内进行加工，主要分为流变铸造和触变铸造两种工艺类型，因成本较高应用较少。喷射成型技术采用高压惰性气体将金属液流雾化成大量細小的液滴，并使其沿喷嘴轴线方向高速飞行，并将其沉淀收集到具有一定形状的接收基体上凝固成沉积坯件。

2.液压成型

上世纪70年代，国外一些汽车厂家就开始对液压成型技术进行研究，采用液压成型技术用于生产汽车构件，有的汽车制造商已经建立了管材液压成型车间，用于生产液压成型零件。国内汽车厂家也应用液压成型技术用到试制副车架，是一种典型的汽车零部件定型技术，在汽车零部件生产中得到推广和应用，约有50%左右的底盘装配有液压成型件。液压成型是进行汽车轻量化的重要技术，与传统的冲压焊接技术进行比较来看，该技术可以减少11%的零部件生产成本，14%的设备使用成本，还可以降低7.3%的重量。该技术有着较高的成型精度，不会消耗太多的材料，可以减轻加工和焊接工作量，提高成型件的强度和刚度。汽车管件利用液压成型技术进行生产需要较高的压力，设备成本比较高，使用之后不便于调整。为了降低零件生产成本，需要选用合适的管件材料，确定合理的工艺参数，防止在液压成型时出现屈曲、破裂等质量缺陷，从而更好地保证零件生产质量。利用计算机仿真技术，需要把经验数据等参数进行设置，对管件成型时应力分布、壁厚变化、模具贴合状态等进行仿真，并对材质、工艺参数等进行优化设计。

三、轻量化技术在汽车工程中的应用前景

汽车工程的轻量化是汽车未来设计发展的趋势，在动力驱动、节能降耗和节能减排等方面都有重要的应用意义。中国的汽车轻量化技术还面临着更多难题，与国外具有较大的差距。轻量化技术涉及多个领域，是由多学科交叉形成的综合性体系，在目前的研发体系中还多为单科的研究，很少实现各学科间的交叉融合。轻量化技术的核心技术不可能由单科或科研机构独立完成，必须进行多种学科的战略性部署和融合研究，但是目前此类科研机构还没有建立，产学研结合不紧密，缺乏明确的定位和分工，研究与开发方面的衔接不足，企业规模较小，科研开发能力弱，缺乏充足的研发人员。目前的趋势是结合全国轻量化技术优势，开展产学研一条龙，实现技术资源共享，积极推进多学科间的合作交流，实现科研成果转化，建立一定的检测规范和标准，建立起相关产业人才培训基地和科研机构。

参考文献：

[1]郑宏达.谈汽车工程中的轻量化技术应用[J].科教导刊（电子版），2019（9）：290.

[2]向晓峰，魏丽霞，马鸣图.汽车轻量化技术的应用[J].汽车工程师，2019（5）：85.