要减肥的不仅是人,还有汽车。在汽车身上,减肥可不是立个Flag,喊句口号就行。油耗和排放,是每辆车都要达标的“体测”项目。而随着这两项标准越来越严苛,就像面对体测感到头痛的学生一样,整车轻量化也成了摆在攻城狮面前最为头疼的事情之一。
汽车轻量化,不仅是单纯的给零部件“减肥“。如何将合适的材料应用到合适的位置,用合适工艺实现其性能设计,才是汽车轻量化开发理念的根本所在。用当前健身圈流行的名词,就是提高汽车的”体脂率“:该轻的地方轻,该有肉的地方还是要有肉。
现阶段,实现整车轻量化的手段有很多,概括起来主要分为新材料、新工艺,和结构优化三条基本技术路线。其中新材料的研究,是目前各大主机厂和各零部件企业都在苦心研究的主要方向。茫茫材料库中,大家都在寻找合适的那个ta。
目前已经在应用中的新材料,主要有4位大咖,他们是:
碳纤维君
碳纤维,是一种含碳量在95%以上的 高强度,高模量的新型材料,是一种极具潜力的结构功能一体化工程材料。其密度小、比强度与比刚度高、零部件集成度高,比重小、耐热性极好零件可设计性强,简言之,质量比铝轻,但强度却高于钢铁,应用后可以显著减轻零部件的重量,提高有效载荷,改善性能。
在当前燃油经济性法规不断收紧的背景之下,轻量化已成为汽车行业重要发展趋势之一的背景下,碳纤维材料备受汽车零部件制造企业的青睐。
高强度钢桑
近年来,铝合金的研发和应用逐渐增多,但钢铁材料仍然占主导地位。其中,高强度钢成为了颇具竞争力的汽车轻量化材料。
相对于普通钢材,钢结构采用高强度钢材能够减小构件尺寸和结构重量,具有更高的屈服强度和抗拉强度,一般讲,屈服强度在1370MPa(140 kgf/mm2)以上,抗拉强度在1620 MPa(165 kgf/mm2)以上的合金钢称超高强度钢。
高强度钢板的韧性和强度比普通钢板要高的多,一般在十倍以上。使用高强度钢板的车辆,其抗压能力要高很多,如果发生碰撞,对车体内部的保护率要高很多。
据调查统计,部分汽车品牌高强钢的应用不断扩大,有些车型的车身框架高强度钢的应用已达90%。在我们上汽大通的许多整车产品中,我们也越来越多的见到了高强度钢的身影。
铝合金
铝的密度小,仅为2.7(属轻金属),约为钢的1/3。铝中加入一种或几种元素后即构成铝合金,铝合金相对于纯铝可以提高强度和硬度,除固溶强化外,有些铝合金还可以热处理强化,使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa,与低碳钢相比,比强度(强度与密度之比)则胜过某些合金钢。从70年代开始,汽车(尤其是轿车)上用铝量不断增加。作为一种轻质材料,铝合金正日益受到汽车制造企业的青睐。
在汽车中,目前也出现了一些新型铝合金材料,如泡沫铝合金、快速凝固铝合金、铝基复合材料等。这些铝合金材料主要使用是在车身和底盘系统中。一台铝合金车身的皮卡车型,可以实现40%左右的减重,减肥效率顶呱呱!
工程塑料
轻量化材料中,工程塑料不仅质量轻,而且强度高、耐腐蚀、耐热性、吸音、耐磨性能优良。汽车工业应用中的五大工程塑料包括:尼龙(PA)、聚酯(PBT)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、以及聚苯醚(PPO)。
目前,除了很久已经改用塑料制造的翼子板内衬和蓄电池壳体外,发动机和燃油系统有越来越多的金属件改用塑料制造。部分发达国家还将汽车用塑料量作为衡量汽车设计和制造水平高低的一个重要标志。
采用塑料制造汽车部件,最大的好处是减轻了汽车重量,降低了成本和工序,提高了汽车某些性能。研究表明,采用高性能的POM、PA及其合金制造的汽车动力阀、齿轮等部件具有良好的自润滑性和散热性能,在使用性能方面明显优于普通金属铜。
塑料部件代替昂贵有色金属及合金材料部件,不仅减轻车重,降低油耗和碳氢化合物排放,还可提高动力,适应恶劣环境,增加安全性,而且塑料可回收,从而节省了制造过程中的资源消耗,最终使汽车在安全和成本两方面获得更多突破。
车行业的发展的方向是次、微型化、轻质化和多元化,以塑代钢在汽车应用中的研究也变的十分活跃。在上汽大通的一款车型中,大通攻城狮也首次尝试将工程塑料运用在车身的前部结构中,有效提高了整车的轻量化水平。
以上就是与攻城狮们常相伴的几位“轻量级选手”。作为汽车人,轻量化任重而道远,不过,在攻城狮的不懈努力下,除了这几种新型材料,相信今后还有更多的新材料大咖出现,开辟更多更有效的汽车轻量化途径。