專用車輕量化設計分析及高強度鋼板的應用

范宣鋒

（中國重汽集團濟南專用車有限公司 250000)

近年來，隨著人們生活水平的提升，人們對環保的要求越來越高，對專用汽車的設計也要求越來越合理。為了切實滿足人們的需求，專用汽車的設計應朝著輕量化發展，采用高強度鋼板提升專用汽車的承載力，從而提升產品的競爭力。

1 專用汽車輕量化設計的重要性

車輛自身質量的減輕，在一定程度上可以減少能耗量。汽車在行駛時，發動機消耗的功率與汽車行駛的阻力有很大關系，汽車行駛中阻力的產生因素主要有空氣阻力、滾動阻力、加速阻力和爬坡阻力等。空氣阻力主要與車身的形狀與迎風量有關，在車輛處于高速行駛的狀態時，克服空氣阻力所消耗的能量十分可觀。滾動阻力、加速阻力和爬坡阻力與汽車的質量有很大關系，所以汽車質量的減輕，阻力也會減小，降低能耗量。專用汽車的輕量化設計除了可以降低能耗外，還能使車輛行駛更加穩定。在相同的功率下，輕量汽車的負荷較小，駕駛員在操縱汽車中穩定性得到保障[1]。

在汽車輕量化設計中，高強度鋼板的強度大，適合進行車身的制造，并且密度小，符合專用汽車輕量化設計的初衷，在模具加工中也非常便捷，可以制造不同類型的車型。因此，高強鋼的應用成為了重要發展方向。

2 高強度鋼板在專用汽車中應用的現狀和問題

對汽車采用高強度熱軋板的生產情況分析中發現，在專用汽車生產中，高強度熱軋板應用非常多，而且對鋼板的強度也提出了非常明確的要求。我國在熱軋板的生產上有了很大的突破，熱軋生產線技術已經升級換代，并實現批量生產。但是，有個別的專用汽車采用冷軋板的方式，這些鋼板只有少數生產高強度鋼板的企業可以提供。高強度鋼板的應用范圍與國家治理超載的力度有很大聯系，在一些治理超載成功的地區，專用汽車的輕量化設計也會更加成功。在一些工程作業類的專用汽車中，汽車運行的環境非常惡劣，對高強度鋼板的要求也更加具體。

現在，我國不同的鋼生產企業可以生產不同類型的高強度鋼板，它們的功能看似相近，但是性能和適用范圍卻不同。小批量生產專用汽車需要的高強度鋼板存在一定的難度，會導致鋼板生產成本上升。在鋼板材料切割、成型和焊接工藝中，如果缺乏經驗，會導致鋼板的強度下降[2]。

3 高強度鋼板在專用汽車輕量化設計中的應用

3.1 切割和沖壓工藝

一般來說，當高強度鋼板的厚度不超過5 mm時，下料方式可以選用冷加工方式。如果高強度鋼板的厚度在5～10 mm之間，下料時可以選擇冷加工工藝， 也可以結合熱切割工藝和結合數控等離子切割工藝。如果高強度鋼板的厚度超過10 mm，那么下料時應該選擇熱切割工藝。如果對零部件的平整度要求非常高，還應該結合激光切割工藝。如果高強度鋼板零部件的形狀非常復雜，可以借助數控切割工藝。在高強度鋼板加工中，對剪切工具和折彎工具的強度也提出了更高的要求。在冷加工和熱加工實施中，一般先進行冷加工工序。如果先進行熱加工工序，應該在切割完成后，將碎屑及時清理干凈后再進行。

針對應力承受集中或者承受高強度荷載的部分，不能直接布置接頭，要進行多次加工，防止對這個部位造成疲勞失效問題，有效防止連接強度不夠的問題發生。輥壓成型的效果非常理想，而且零部件的表面非常光滑，不會產生變形，生產效率也能得到保障。所以，在高強度鋼板零部件加工時，可以充分采用輥壓成形的方式，一般都是采用熱輥壓成形的方式。輥壓成形工藝已經發展的很成熟了，可以進行封閉截面和變截面的生產[3]。

3.2 焊接工藝

對高強度鋼板的焊接要求比普通鋼板更高，在焊接中要對溫度進行合理控制，也要合理選擇焊材。高強度鋼板在焊接前，應將鋼板上異物清理干凈，保持鋼板表面干燥和清潔。高強度鋼板在切割前要進行預熱，防止切割過程中鋼板開裂。由于鋼板的原材料存在一定的差異，所以鋼板中碳元素含量越高，那么預熱的溫度也應該越高。在高強度鋼板切割時，應加大預熱面積，并且預熱要均勻，防止接觸熱源出現局部過熱的情況。焊接中要嚴格按照焊接工藝進行，焊接完成后要進行焊接工藝試驗。

在鋼板焊接和切割手冊中，高強度鋼板要適度預熱，并有效控制焊接層的溫度，防止鋼板在預熱中發生裂縫。高強度鋼板的合金元素

由于規格不同，會產生很大的差別，如鋼板中碳含量越高，其所需要的預熱和層間溫度也就越高。隨著高強度鋼板強度和厚度的提升，在切割中出現裂縫的風險也就越大。高強度鋼板在切割時，應采用不同的預熱方式，增加預熱面積，使截面受熱均勻，防止接觸面發生局部過熱的情況。高強度鋼板焊接工藝要嚴格遵循焊接工藝流程，針對強度不同的鋼板，應該進行焊接工藝試驗后再進行施工。

3.3 涂裝工藝

高強度鋼板在進行噴涂前，應先將表面污物清理干凈，消除殘余應力。在進行施工時，應結合噴涂工藝，采用噴槍噴涂，確保噴槍可以伸入零部件的縫隙中。同時分析鋼板的沖壓強度和硬度，結合焊接參數進行涂裝。

3.4 沖壓結構設計

高強度鋼板強度和硬度的升高，會導致其延伸率下降，高強度鋼板的剪切力隨著強度的增加而增加，所以高強度鋼板應該減小剪切，否則鋼板在實驗中會出現斷裂風險。

3.5 焊接結構的設計

在焊縫布置環節中，應該有效避開應力集中部分。在高強度鋼板自卸車廂設計中，應該節省加強筋的使用，車廂截面設計成圓滑的曲線，盡量避免棱角產生。為了有效防止設計缺陷，要減少或防止焊縫產生。在一些鵝頸縱梁和主縱梁過度部位設計時，應該借助帶狀加強版和大量下翼板進行連續焊接，在帶狀結構設計中，端部也可以設計成直線狀。如果鋼板的強度不夠大，可以將端部設計成斜線或圓弧狀，有效防止斷裂情況的發生。

4 結束語

隨著我國科學技術的發展，專用汽車市場已經非常完善，相關的技術也趨于成熟。面對激烈的競爭，我國專用汽車應該不斷發展，創新理念，勇于嘗試新技術，開發新工藝，將高強度鋼板輕量化材料應用到專用車輛的設計中，從而為我國專用汽車樹立良好的產品形象，提升我國專用汽車在國際上的競爭力。