整車重量控制與輕量化實現探究

李穩才

摘要：輕量化設計是當前降低汽車能耗的關鍵驅動因素之一。輕量化部件的設計方法，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車應用部件的性能。本文介紹了制造輕型零件的各種成形工藝，討論了整車重量控制與輕量化設計，這有助于減少總質量和提高車輛部件的性能。

關鍵詞：重量控制;輕量化;整車;汽車部件

1 引言

在交通運輸和汽車工業中，輕量化設計是減少二氧化碳排放的關鍵驅動因素[1]。對電動和混合動力汽車日益增長的需求要求新的概念和輕量化技術和工藝的發展，以生產輕型零件和汽車零部件。輕量化是一種旨在最大限度地節省組件和模塊重量的結構理念。利用熱機械成形工藝提高合金的強度比和剛度比的方法，可以對合金的微觀組織進行原位控制。結構輕量化設計可以探討在板材、型材和管材成型操作中，塑料形成高強度或高性能材料如鎂或鈦的可能性。新的連接成型技術為連接材料或不同的材料創造了可能。新的方法預測和裁剪的機械性能，如強度和殘余應力將顯示[2]。利用成形技術進行系統輕量化設計的可能性，增材制造和成形的結合生產高度復雜的零件集成功能將被展示。將形狀記憶合金的功能集成在熱擠壓成形工藝中的方法。對新開發的流程、方法和效果的深入了解，可以更準確地確定組件的尺寸。

2 整車重量控制與輕量化的設計策略

材料輕量化設計。這種設計策略利用了材料本身的優點。根據密度和材料性質的不同，不同的材料達到不同的強度或剛度水平。材料輕量化設計可以通過使用具有高特定性能的單一材料來完成，也可以通過材料的組合來利用組合成復合材料或混合材料的最好的不同材料。材料輕量化設計是結構輕量化設計的一個子集。

結構輕量化設計。通過拓撲、形狀和參數優化來開發和設計零件是一個概念。其目的是改變形狀和形式，以減少重量，而剛度或強度是增加或保持不變的。因此，結構輕量化設計是系統輕量化設計的一個子集。

系統輕量化設計。這意味著系統的部件組合比參考系統輕。該系統總是由組合成一個組件的組件組成，如汽車或汽車的模塊，如結構籠。為了產生一個光系統，系統的組件本身需要有光。將功能集成或通過將它們集成到一個新組件來減少部件也是系統輕量化設計。為了達到輕量化部件的目標，輕量化設計的下一個層次是系統輕量化設計的一個子集。

所有上述的整車重量控制與輕量化策略都是為了最大限度地減輕重量。一個關鍵方面是參考系統的選擇，這是用于計算減重。真正的輕量化程度來評估設計和輕量化水平，這個新因素克服了目前的工業慣例，即如果一個新部件比以前的部件輕，那么它通常與輕量化設計相關聯。真正的輕量化程度確保了開發鏈上的可加性，并能夠預測以剛度為導向的組件設計中質量最小的材料選擇。創新的工藝和材料概念需要生產輕量化的組件。大多數汽車零部件是用成形技術制造的。可以使用創新成形工藝制造的各種汽車部件。電動汽車近年來發展迅速，并將在未來的制造設施中發揮更重要的作用。對比燃燒型汽車和電動汽車，差異是顯而易見的。幾乎整個傳動系統都被電池組件和電動機等電子部件所取代。特別是，電池外殼在碰撞安全中起著關鍵作用，需要在事故發生時進行保護。理論上高于所有制造過程和材料概念的部分屬性是制造過程中的損傷演化。在輕量化設計中，損傷是一個重要的特性，定義為在成形過程中或成形后零件內部的空洞演化。它使知識的過程誘導空洞增長，削弱了零件的性能。對這種影響的深刻理解有助于對特定載荷情況下的部件進行適當的評級和設計，而不會有過度工程和使用多余材料的危險。本文著重于利用成形技術為汽車工業生產整車重量控制與輕量化的工藝和材料概念。

3 整車重量控制與輕量化設計

注重整車重量控制與輕量化設計的成形工藝通常用另一種具有更好重量特性的材料來替代主要材料[3]。為此，使用高強度鋼或輕金屬，而工件的幾何形狀對重量沒有顯著影響。

3.1 基于顆粒介質的封閉型材沖壓硬化

在整車重量控制工程中，輕量化設計和碰撞安全是相互沖突的目標，需要合適的成形工藝。熱沖壓是一種已建立的成形工藝，用于汽車工業，以滿足安全性和輕量化設計的要求，并結合適當設置的機械性能。現代汽車車身零件近30%采用熱沖壓加工，且數量不斷上升。成形與熱處理的結合是制造高強度、形狀復雜的板料零件的關鍵。熱沖壓的工藝特點也可以擴展到高強度、高剛度的空心型材。形成封閉型材的典型成形工藝是液壓成形，但與高溫相結合需要一種特殊的成形介質。除了氣體外，粒狀物質等不成形的固體也是合適的替代品。

3.2 快速感應加熱輔助級進模板料成形

采用多級級進模熱沖壓技術，應以低成本、大批量實現對鋼制品的高要求。制造中小型零件的快速多步板料成形新工藝，該工藝基于原位感應加熱和漸進或轉移工具。為了補償較大的回彈量，提高成形極限，采用了閉環控制。回彈角的測量用來調節工件的溫度，直到一個穩定的過程產生。通過將成型和冷卻分幾個階段，可以獲得與階段數成正比的更高的沖程率，直到達到加熱效用或整個過程設施的極限。這種工藝設計的限制因素通常是感應加熱，這使得它成為快速多步成形工藝的理想選擇。基于大功率和工藝一體化加熱方法的快速熱成形是一種通過強制動態相變效應和局部適應的熱循環來達到突出的力學性能和更靈活的設計的方法。這種熱輔助快速成形工藝提供了生產大量用于內部或保護乘客單元的零件的可能性。制造具有特定形狀的輕型剎車或油門踏板，以加強這些部件。

4 結論

通過創新的過程來促進輕量級設計策略的需要的。對系統輕量化設計、結構輕量化設計和材料輕量化設計進行了闡述。系統輕量化設計被看作是一個整體概念，其中一個完整的汽車被考慮。結構輕量級設計考慮的是組件級，必須將其視為輕量級系統設計的子集。材料輕量化設計是結構輕量化設計的基礎，是結構輕量化設計的一個子集。

參考文獻

[1]董學鋒，徐強.電動乘用車輕量化評價研究及要素分析[J].汽車工藝與材料，2021，{4}（01）：1-9.

[2]楊文葉，常亞恩，李文中，姜子敬，李振興，馬秋.汽車車底輕量化抗石擊涂料的性能研究[J].汽車工藝與材料，2021，{4}（02）：38-42.

[3]李韶華，張兵，馮桂珍.重型載貨汽車柔性車架的輕量化研究[J].機械設計與制造，2020，{4}（10）：110-114.