要減肥的不僅是人,還有汽車。在汽車身上,減肥可不是立個Flag,喊句口號就行。油耗和排放,是每輛車都要達標的“體測”項目。而隨著這兩項標準越來越嚴苛,就像面對體測感到頭痛的學生一樣,整車輕量化也成了擺在攻城獅面前最為頭疼的事情之一。
汽車輕量化,不僅是單純的給零部件“減肥“。如何將合適的材料應用到合適的位置,用合適工藝實現其性能設計,才是汽車輕量化開發理念的根本所在。用當前健身圈流行的名詞,就是提高汽車的”體脂率“:該輕的地方輕,該有肉的地方還是要有肉。
現階段,實現整車輕量化的手段有很多,概括起來主要分為新材料、新工藝,和結構優化三條基本技術路線。其中新材料的研究,是目前各大主機廠和各零部件企業都在苦心研究的主要方向。茫茫材料庫中,大家都在尋找合適的那個ta。
目前已經在應用中的新材料,主要有4位大咖,他們是:
碳纖維君
碳纖維,是一種含碳量在95%以上的 高強度,高模量的新型材料,是一種極具潛力的結構功能一體化工程材料。其密度小、比強度與比剛度高、零部件集成度高,比重小、耐熱性極好零件可設計性強,簡言之,質量比鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,應用后可以顯著減輕零部件的重量,提高有效載荷,改善性能。
在當前燃油經濟性法規不斷收緊的背景之下,輕量化已成為汽車行業重要發展趨勢之一的背景下,碳纖維材料備受汽車零部件制造企業的青睞。
高強度鋼桑
近年來,鋁合金的研發和應用逐漸增多,但鋼鐵材料仍然占主導地位。其中,高強度鋼成為了頗具競爭力的汽車輕量化材料。
相對于普通鋼材,鋼結構采用高強度鋼材能夠減小構件尺寸和結構重量,具有更高的屈服強度和抗拉強度,一般講,屈服強度在1370MPa(140 kgf/mm2)以上,抗拉強度在1620 MPa(165 kgf/mm2)以上的合金鋼稱超高強度鋼。
高強度鋼板的韌性和強度比普通鋼板要高的多,一般在十倍以上。使用高強度鋼板的車輛,其抗壓能力要高很多,如果發生碰撞,對車體內部的保護率要高很多。
據調查統計,部分汽車品牌高強鋼的應用不斷擴大,有些車型的車身框架高強度鋼的應用已達90%。在我們上汽大通的許多整車產品中,我們也越來越多的見到了高強度鋼的身影。
鋁合金
鋁的密度小,僅為2.7(屬輕金屬),約為鋼的1/3。鋁中加入一種或幾種元素后即構成鋁合金,鋁合金相對于純鋁可以提高強度和硬度,除固溶強化外,有些鋁合金還可以熱處理強化,使有些鋁合金的抗拉強度可超過600MPa,與低碳鋼相比,比強度(強度與密度之比)則勝過某些合金鋼。從70年代開始,汽車(尤其是轎車)上用鋁量不斷增加。作為一種輕質材料,鋁合金正日益受到汽車制造企業的青睞。
在汽車中,目前也出現了一些新型鋁合金材料,如泡沫鋁合金、快速凝固鋁合金、鋁基復合材料等。這些鋁合金材料主要使用是在車身和底盤系統中。一臺鋁合金車身的皮卡車型,可以實現40%左右的減重,減肥效率頂呱呱!
工程塑料
輕量化材料中,工程塑料不僅質量輕,而且強度高、耐腐蝕、耐熱性、吸音、耐磨性能優良。汽車工業應用中的五大工程塑料包括:尼龍(PA)、聚酯(PBT)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、以及聚苯醚(PPO)。
目前,除了很久已經改用塑料制造的翼子板內襯和蓄電池殼體外,發動機和燃油系統有越來越多的金屬件改用塑料制造。部分發達國家還將汽車用塑料量作為衡量汽車設計和制造水平高低的一個重要標志。
采用塑料制造汽車部件,最大的好處是減輕了汽車重量,降低了成本和工序,提高了汽車某些性能。研究表明,采用高性能的POM、PA及其合金制造的汽車動力閥、齒輪等部件具有良好的自潤滑性和散熱性能,在使用性能方面明顯優于普通金屬銅。
塑料部件代替昂貴有色金屬及合金材料部件,不僅減輕車重,降低油耗和碳氫化合物排放,還可提高動力,適應惡劣環境,增加安全性,而且塑料可回收,從而節省了制造過程中的資源消耗,最終使汽車在安全和成本兩方面獲得更多突破。
車行業的發展的方向是次、微型化、輕質化和多元化,以塑代鋼在汽車應用中的研究也變的十分活躍。在上汽大通的一款車型中,大通攻城獅也首次嘗試將工程塑料運用在車身的前部結構中,有效提高了整車的輕量化水平。
以上就是與攻城獅們常相伴的幾位“輕量級選手”。作為汽車人,輕量化任重而道遠,不過,在攻城獅的不懈努力下,除了這幾種新型材料,相信今后還有更多的新材料大咖出現,開辟更多更有效的汽車輕量化途徑。