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汽车车身材料的轻量化应用.pdf

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汽车车身材料的轻量化应用 贺金瑞 内容 轻量化的必要性 轻量化途径 轻量化材料应用的现状 未来塑料新材料的发展 面临的问题 汽车轻量化技术应用的必要性 世界铝业协会的报告指出：整车质量每减少100KG可节省燃油0.4-1.0L 1400 1300 汽车自重每减少10％，燃1200 1100 1000 油消耗可降低％～％。900 68800 700 整车质量（kg）600 增加承载500 10987654 百公里耗油（L） 图1整车质量减少与百公里 耗油的关系图 轻量化的途径 高强度钢 材料 铝、镁合金 玻璃钢 塑料 其他（PP、ABS、PA… 结构设计减少装配关系、优化力学结构…… 往往同时使用 新技术应用功能不变，体积变小 更复杂零部件的制造…… 轻量化途径 汽车轻量化技术是设计、材料与制造技术的 集成应用，实现车身结构轻量化的主要有两个 途径： 新材料应用：主要是采用轻量化材料和轻量 化材料成型技术，以达到减轻零部件重量的目 的。 结构优化设计：使零部件薄壁化、中空化、 小型化、复合化以及对车身零部件进行结构和 工艺改进等。 材料轻量化应用的现状 金黑普通钢车身、轮辋无玻璃风挡、后视镜、灯 属色机 特殊钢齿轮、轴承 材金非 金陶瓷火花塞、绝缘体 料属铸铁气缸体、壳体 属 桥堡等 材 有铜散热器、电器料 色 水 金铝镁合金发动机 属锡铅等轴瓦附件等天木材货箱、卧铺板、内饰板木屑 然 稀有金属排气净化等 材 料皮革座椅、蒙皮、地板垫 汽 高塑料遮阳罩、内饰件、挡泥板车 分 子橡胶轮胎、密封条、胶管、海面其化学防冻液、制冷剂、清洗液、 材橡胶制品电解液 料 化纤面料、安全带、捆扎他油料汽油、柴油、润滑、制动 涂料防锈、装饰 电类灯、仪表、音响、电子控制、 粘剂密封胶等附件通信、电源等 轻量化材料应用的现状 材料轻量化的发展现状 现代汽车中占自重90％的6类材料大体为：钢，铝及 铝合金，铸铁，塑料，复合材料，陶瓷及玻璃。用新型 板材及轻型材料(如镁、铝、塑料和复合材料等)替换车 身骨架及内、外壁板原有的钢材来实现轻量化是车身轻 量化技术重要途径之一，主要体现在以下几个方面。 高强度钢（部分厂家应用的新进展） 据2007年10月在德国法兰克福召开的The9thInternationalCarBody BenchmarkingPlatform会议上的信息。表1为此次会议公布的部分汽车厂家车身高强 度钢应用的新进展。 车型高强度钢占车身的比重备注 TheOPELAntara74% OpelCorsa68% FiatNew50065%经济型车 FiatGrandePunto67% SkodaRoomster59%经济型车 AudiA568％ NewV7070％ NissanQashqa63% NewMondeo60.3％ NewHONDAACCORD49% LagunaIII71% 表1部分汽车厂家车身高强度钢应用的最新进展 高强度钢（国际主流车型应用情况） 轿车等级也是高强度钢应用占车身质量的 比例应该考虑的一个因素，图2为比例>60% Fiat公司不同级别轿车中车身高 强度钢应用现状的状况。目前， Fiat车身高强度钢应用现状 国际主流车型的高强度钢占车身 60% 的比例已普遍达到以上。另 60%40%68% 67% 外，强度级别为780,980MPa在车20%65% 0% 身结构件上应用已相当普遍AclassBclassCclass /New.500/GrandePunto/Bravo 图2Fiat公司车身高强度钢应用状况 高强度钢（国内自主品牌车的应用情况） 图3为国内某自主品国内某自主品牌轿 牌轿车产品上高强度钢的车高强度钢的应用 应用规划，由图可知，国 内高强度应用虽然与国际 主流厂家的产品存在一定 的差距，但是这个差距也 在不断的缩小。 图3高强度钢的应用规划 铝与铝合金 继2000年超过塑料跃居150北美 欧洲 第三大汽车材料之后，铝合130 日本 金在汽车上的应用又取得重110 大进展。铝协会在2007初发90 表的一项研究报告中宣布，70 平均每车用铝质量m/kg 铝在汽车中的用量已超过50 199020002006 （铸）铁，成为仅次于钢的年份 第二大汽车材料。铝在北美、图4北美、欧洲和日本汽车的单车平 均用铝量（来源：AluminumNow） 欧洲和日本汽车中应用情况 如图4所示。 镁合金 镁是比铝更轻的金属材料，它可在铝减重基础上再减轻 15％～20％。尽管镁在当前汽车用材中所占的比例不到1％， 但是在轻量化的驱动下，镁材料技术开发的力度不断加大，它 已步入快速发展阶段。到目前为止，汽车上采用镁合金的零部 件至少超