整车重量控制与轻量化实现探究

李稳才

摘要：轻量化设计是当前降低汽车能耗的关键驱动因素之一。轻量化部件的设计方法，利用具有良好特定性能的材料和混合材料的策略被用于提高汽车应用部件的性能。本文介绍了制造轻型零件的各种成形工艺，讨论了整车重量控制与轻量化设计，这有助于减少总质量和提高车辆部件的性能。

关键词：重量控制;轻量化;整车;汽车部件

1 引言

在交通运输和汽车工业中，轻量化设计是减少二氧化碳排放的关键驱动因素[1]。对电动和混合动力汽车日益增长的需求要求新的概念和轻量化技术和工艺的发展，以生产轻型零件和汽车零部件。轻量化是一种旨在最大限度地节省组件和模块重量的结构理念。利用热机械成形工艺提高合金的强度比和刚度比的方法，可以对合金的微观组织进行原位控制。结构轻量化设计可以探讨在板材、型材和管材成型操作中，塑料形成高强度或高性能材料如镁或钛的可能性。新的连接成型技术为连接材料或不同的材料创造了可能。新的方法预测和裁剪的机械性能，如强度和残余应力将显示[2]。利用成形技术进行系统轻量化设计的可能性，增材制造和成形的结合生产高度复杂的零件集成功能将被展示。将形状记忆合金的功能集成在热挤压成形工艺中的方法。对新开发的流程、方法和效果的深入了解，可以更准确地确定组件的尺寸。

2 整车重量控制与轻量化的设计策略

材料轻量化设计。这种设计策略利用了材料本身的优点。根据密度和材料性质的不同，不同的材料达到不同的強度或刚度水平。材料轻量化设计可以通过使用具有高特定性能的单一材料来完成，也可以通过材料的组合来利用组合成复合材料或混合材料的最好的不同材料。材料轻量化设计是结构轻量化设计的一个子集。

结构轻量化设计。通过拓扑、形状和参数优化来开发和设计零件是一个概念。其目的是改变形状和形式，以减少重量，而刚度或强度是增加或保持不变的。因此，结构轻量化设计是系统轻量化设计的一个子集。

系统轻量化设计。这意味着系统的部件组合比参考系统轻。该系统总是由组合成一个组件的组件组成，如汽车或汽车的模块，如结构笼。为了产生一个光系统，系统的组件本身需要有光。将功能集成或通过将它们集成到一个新组件来减少部件也是系统轻量化设计。为了达到轻量化部件的目标，轻量化设计的下一个层次是系统轻量化设计的一个子集。

所有上述的整车重量控制与轻量化策略都是为了最大限度地减轻重量。一个关键方面是参考系统的选择，这是用于计算减重。真正的轻量化程度来评估设计和轻量化水平，这个新因素克服了目前的工业惯例，即如果一个新部件比以前的部件轻，那么它通常与轻量化设计相关联。真正的轻量化程度确保了开发链上的可加性，并能够预测以刚度为导向的组件设计中质量最小的材料选择。创新的工艺和材料概念需要生产轻量化的组件。大多数汽车零部件是用成形技术制造的。可以使用创新成形工艺制造的各种汽车部件。电动汽车近年来发展迅速，并将在未来的制造设施中发挥更重要的作用。对比燃烧型汽车和电动汽车，差异是显而易见的。几乎整个传动系统都被电池组件和电动机等电子部件所取代。特别是，电池外壳在碰撞安全中起着关键作用，需要在事故发生时进行保护。理论上高于所有制造过程和材料概念的部分属性是制造过程中的损伤演化。在轻量化设计中，损伤是一个重要的特性，定义为在成形过程中或成形后零件内部的空洞演化。它使知识的过程诱导空洞增长，削弱了零件的性能。对这种影响的深刻理解有助于对特定载荷情况下的部件进行适当的评级和设计，而不会有过度工程和使用多余材料的危险。本文着重于利用成形技术为汽车工业生产整车重量控制与轻量化的工艺和材料概念。

3 整车重量控制与轻量化设计

注重整车重量控制与轻量化设计的成形工艺通常用另一种具有更好重量特性的材料来替代主要材料[3]。为此，使用高强度钢或轻金属，而工件的几何形状对重量没有显著影响。

3.1 基于颗粒介质的封闭型材冲压硬化

在整车重量控制工程中，轻量化设计和碰撞安全是相互冲突的目标，需要合适的成形工艺。热冲压是一种已建立的成形工艺，用于汽车工业，以满足安全性和轻量化设计的要求，并结合适当设置的机械性能。现代汽车车身零件近30%采用热冲压加工，且数量不断上升。成形与热处理的结合是制造高强度、形状复杂的板料零件的关键。热冲压的工艺特点也可以扩展到高强度、高刚度的空心型材。形成封闭型材的典型成形工艺是液压成形，但与高温相结合需要一种特殊的成形介质。除了气体外，粒状物质等不成形的固体也是合适的替代品。

3.2 快速感应加热辅助级进模板料成形

采用多级级进模热冲压技术，应以低成本、大批量实现对钢制品的高要求。制造中小型零件的快速多步板料成形新工艺，该工艺基于原位感应加热和渐进或转移工具。为了补偿较大的回弹量，提高成形极限，采用了闭环控制。回弹角的测量用来调节工件的温度，直到一个稳定的过程产生。通过将成型和冷却分几个阶段，可以获得与阶段数成正比的更高的冲程率，直到达到加热效用或整个过程设施的极限。这种工艺设计的限制因素通常是感应加热，这使得它成为快速多步成形工艺的理想选择。基于大功率和工艺一体化加热方法的快速热成形是一种通过强制动态相变效应和局部适应的热循环来达到突出的力学性能和更灵活的设计的方法。这种热辅助快速成形工艺提供了生产大量用于内部或保护乘客单元的零件的可能性。制造具有特定形状的轻型刹车或油门踏板，以加强这些部件。

4 结论

通过创新的过程来促进轻量级设计策略的需要的。对系统轻量化设计、结构轻量化设计和材料轻量化设计进行了阐述。系统轻量化设计被看作是一个整体概念，其中一个完整的汽车被考虑。结构轻量级设计考虑的是组件级，必须将其视为轻量级系统设计的子集。材料轻量化设计是结构轻量化设计的基础，是结构轻量化设计的一个子集。

参考文献

[1]董学锋，徐强.电动乘用车轻量化评价研究及要素分析[J].汽车工艺与材料，2021，{4}（01）：1-9.

[2]杨文叶，常亚恩，李文中，姜子敬，李振兴，马秋.汽车车底轻量化抗石击涂料的性能研究[J].汽车工艺与材料，2021，{4}（02）：38-42.

[3]李韶华，张兵，冯桂珍.重型载货汽车柔性车架的轻量化研究[J].机械设计与制造，2020，{4}（10）：110-114.