汽车轻量化材料之工程塑料
汽车轻量化材料之工程塑料
汽车安全与轻量化| 2016-02-02 08:54
导读汽车轻量化好处多多，实现轻量化的方法也很多，车身结构优化、制造工艺改进和轻量化材料应用便是常用的方法。随着各种新型材料的不断出现，轻量化材料已然成为了汽车轻量化的“主战场”，关注汽车轻量化，有必要对各种轻量化材料有所了解。
在全球节能减排的大背景下，轻量化已然成为了汽车发展的重要趋势之一。最近几年，各种汽车轻量化技术不断革新、各种新材料不断涌现，车身结构优化、制造工艺改进和轻量化材料应用成为了汽车轻量化设计的常用方法。其中，材料的创新与应用，是实现汽车轻量化的重要途径之一。常用的轻量化材料包括高强度材料如高强钢和轻质材料如镁合金、铝合金、工程塑料和各种复合材料。
在汽车轻量化要求日趋增强的同时，汽车碰撞安全的要求也在逐步提高，有限元仿真是汽车轻量化和碰撞安全设计的重要手段，而该方法能够正确预测汽车结构的力学响应的前提条件是对所涉及材料力学行为的准确表征。前述不同类型轻量化材料，往往表现出与传统钢铁材料不同的力学行为特点。因此，对这些材料的力学行为表征进行研究就显得尤为重要。本文以工程塑料为主要对象，对其独特的力学特性进行简单的介绍。
汽车上使用的塑料件非常之多，从很小的卡扣到很大的内饰盖板，都可能是塑料制成的。塑料材料是一个笼统的分类，不同组分的塑料其特性会存在非常大的差别。以对汽车碰撞吸能特性影响最大的强度和韧性两个指标来看，有的塑料强度很高但韧性很差，稍加变形就会碎裂；而有的塑料强度较低但韧性非常好，拉伸比甚至可以达到100%、200%的量级。
传统的材料力学性能试验，通常是在加载速度较低的准静态试验条件下，通过单向拉伸试验来确定材料的弹塑性变形和断裂行为特性，但汽车车身或者内饰材料在汽车碰撞过程中可能经历的最高应变率往往在100 s-1的量级，材料的变形也不是单轴拉伸那么简单，这些加载条件的变化都会对塑料材料的力学响应产生影响。
首先，我们来看加载速率对塑料材料力学响应的影响。加载速率通常用应变率来表示，应变率的直观理解就是变形的快慢，加载的越快当然应变率越高，简单工况下的近似计算方法是将加载速率比上实际变形的长度：
其中，
表示加载速率，单位一般为m/s，
表示实际变形的长度，单位一般为m，
表示应变率，对应的单位为s-1。下面展示了一种典型的工程塑料——某种改性聚丙烯——在不同应变率下的应力应变曲线，首先我们可以看到这是一种韧性非常好的塑料，在准静态下的拉伸比可以超过100%，随着应变率增加到冲击载荷范围，其拉伸比明显下降，但是其强度有了大幅度的提高。
不同应变率下某种改性聚丙烯材料拉伸试验结果
为获得冲击加载下的材料力学特性需要使用动态加载设备，常见的动态加载设备有落锤、液压驱动的动态加载设备等。由于加载速度快，试验中采用的数据采集设备也需要具有较高的采样率，试件的夹持方式也需要针对不同的设备进行专门的设计，试验成本远比传统的准静态试验要高。清华大学汽车碰撞实验室周青课题组与清华大学苏州汽车研究院轻量化研究所在材料动态试验研究方面已经积累了多年的经验，并拥有各种材料冲击力学性能试验所需的加载和测量设备。
应对各应变率加载要求的多实验机测试系统：1-万能实验机（准静态）；2-中应变率液压伺服实验机；3-高速实验机；4-落锤实验台
同时，塑料材料对于不同的应力加载状态也非常敏感，对应复杂的汽车碰撞工况，要想准确仿真塑料部件的冲击大变形响应，通常用应力三轴度来表达应力加载状态，其计算方法为：
其中，
表示平均应力，
表示等效应力，而
表示的就是应力三轴度。下面展示了一种典型的工程塑料——某种改性聚丙烯——在不同应力加载状态和应变率下的应力应变曲线，包括单轴拉伸、剪切和单轴压缩的准静态和动态应力应变曲线，这些曲线不仅应力强度随应变高低不同，甚至连形状都不类似，如强度这个指标，同时受到应力状态和应变率的影响，并且可能存在耦合的关系，需要设计详尽的试验矩阵，对这些特性进行研究。
不用应力状态和应变率下某种改性聚丙烯材料的力学试验结果
为获得不同应力状态下的材料力学特性，常用的方法有采用多轴加载的试验机和采用特殊形状的试件两种方式。多轴加载试验机如扭转-拉伸试验机、双轴拉伸试验机等，成本高、加载形式不够灵活，因此更多的研究机构都采用了特殊形状试件配合夹具在通用材料试验机上来进行不同形式加载的方法来获得不同应力条件下的材料力学特性。如V形缺口试件实现的剪切试验，十字形试件实现的双轴拉伸试验等。
V形缺口试件实现的剪切试验
十字形试件实现的双轴拉伸试验
除了应变率和应力状态，塑料材料的力学响应还可能受到温度、湿度等各种环境因素的影响，这在汽车的实际使用中都是可能出现的。车用工程塑料的力学特性研究目前还没有达到传统钢材料的完善程度，还存在很多待解决的问题。希望本文能够为大家带来一些有用的知识，也希望能够与更多关心轻量化材料的同行交流、合作！
【部分图片来源于网络】
参考文献：
顾功尧.面向汽车轻量化和碰撞安全的材料力学行为表征研究[博士学位论文].清华大学汽车工程系, 2011.
林少挺.车用塑料的双向拉伸试验技术及失效模型研究[硕士学位论文].清华大学汽车工程系, 2013.
Gu G, Lin S, Xia Y, Zhou Q, Lin C. Characterization of Mechanical Behavior of Thermoplastics with Local Deformation Measurement. SAE 2012, Detroit, USA, SAE Transactions. 2012.
Gu G, Xia Y, Lin C, et al. Experimental study on characterizing damage behavior ofthermoplastics[J]. Materials & Design, 2013, 44: 199-207.
文| 孟艳清华大学汽车工程系博士生
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车身轻量化—碰撞介绍1新能源汽车轻量化钢制车身结构
新能源汽车轻量化钢制车身结构 摘要 未来钢制汽车计划（FSV）的目标是为紧凑型的电动汽车（BEV）提出一个能制造出完全不同的钢制车身结构的详细设计构思，也确认了为适应大的插电式混合动力车（PHEV）或燃料电池车（FCEV）车身结构的改变。这篇文章将说明七个经过优化的车身的子部件是如何达到减重35%，同时满足安全要求和整个寿命周期内碳排放目标要求。该文章也将对先进的设计优化过程和相应先进的钢材和制造技术概念进行解释。 前言 “未来钢制汽车计划（FSV）”是世界汽车钢（WorldAutoSteel）项目，该组织为世界钢铁联盟下属的汽车钢组，共包含全球范围内17家大型钢铁生产企业。“FSV计划”是一个涉及几百万欧元资金，为期三年的计划，旨在发展出安全、重量轻及采用先进高强钢制造的车身结构，该新型车身结构能够满足电动汽车的不同要求和减少汽车在整个寿命周期内的温室气体（GHG）排放。GHG气体指的是大气中能够加剧地球温室效应的气体，这些气体能够吸收地球表面的热量，使热量在地球表面和大气层之间进行循环，导致地球表面的平均温度升高。“FSV计划”将会阐明用先进高强钢来制造车身结构，减轻汽车重量和减少GHG气体排放。本文说明了“FSV计划”中的相关的钢铁技术和设计构思，及第二阶段现已所获得的结果。 1.0 项目目标 “FSV计划”中工程技术人员关注的焦点是提出一种新的全局性的开发设计方法，目标是开发出具有创新性的整车布置和优化的车身结构的先进汽车，该车将会使用一系列在2015年至2020年之间比较成熟的先进钢铁材料和制造技术。 “FSV计划”主要分为三个阶段： 阶段1：工程研究（已完成） 阶段2：构思与设计（至2010年） 阶段3：展示和具体实施（至2011年） 第一阶段主要是对将来适用于2015年至2020年之间的，先进汽车动力系统和适合批量生产的未来汽车技术进行综合性评价和验证，该阶段所获得的结果在另外一篇报告中有阐述。 图1-1 “FSV计划”的整个设计优化过程
汽车材料轻量化
浅谈汽车轻量化 摘要：通过对汽车轻量化的意义的分析，以及汽车轻量化技术的现状特点，引出了轻量化的发展方向。 关键词：汽车；轻量化；发展 一、汽车轻量化的意义 现阶段，降低能耗、减少环境污染以及节约有限资源是各国面临的一个十分重要而紧迫的课题，而通过减轻汽车自重能提高汽车的燃油经济性、降低能耗、减少污染已成为全球汽车工业的发展趋势。 有关研究数据表明：若汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高 6%-8%；若滚动阻力减少10%，燃油效率可提高3%；若车桥、变速器等机构的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%。此外，车辆每减重100kg，CO2排放量可减少约5g/km。 由此可见，汽车轻量化对于节能减排具有重大的意义，是实现我国汽车工业可持续发展的重要措施。同时，轻量化还可以使车辆行驶时因底盘重量的减轻而减轻颠簸，提高了车身的稳定性；轻量化的材料能对冲撞能量的吸收，又可以有效提高碰撞安全性。 因此，无论是对于传统动力汽车，还是新能源汽车，轻量化一直是科研、汽车生产制造等重点探索方向。目前，在汽车轻量化领域，正呈现技术、工艺和材料等多方发力局面。 一、汽车轻量化技术的现状： 汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计、轻量化材料的使用和制造工艺三个方面。 ①轻量化材料：实现汽车轻量化必须集成利用多种新材料和相关应用技术。目前，汽车轻量化材料使用的主要是高强度钢，其次是铝镁合金、复合材料及塑料。其中，高强材料主要用于降低钢板厚度，保证汽车结构和安全性能；低密度材料主要用于非结构件替换和减轻汽车质量。 1)采用高强材料：高强钢是轻量化的关键材料，它的大量使用既实现了整车轻量化，又保证了汽车的安全性和可靠性，因此，高强钢使用面广且量大。 2）采用轻量化材料：铝合金是轻质材料，具有良好的抗腐蚀性，应用前景良好。近年来，铝材在汽车上应用量增加很快，主要是板材、挤压材、铸铝及锻铝，在车身结构、空间框架、外覆盖件和车轮等处均有大量应用。 除了镁合金以外，还采用更轻的铝材料，用于壳体类、气缸盖罩盖和方向盘骨架等件，现在已经扩展到座椅骨架、车门、车顶、仪表盘骨架和支架类零件，轻量化效果更明显。 3）复合材料的使用：塑料及纤维复合材料在汽车工业的应用也日趋增加，汽车上应用塑料件已达数百个，多应用于发动机的缸套、活塞、连杆、活塞销、摇臂和气门挺柱，刹车系统的刹车盘和刹车毂。 ②优化设计：随着汽车工业设计水平的不断提高，如果汽车车身结构设计合理，不仅可
轻量化材料在汽车上的应用
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珠海汽车轻量化项目可研报告
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报告说明— 我国新能源汽车销量快速增长。当前我国的新能源汽车发展主要由政 策扶持，得到了飞速的发展。2016年，我国新能源汽车销量为50.7万辆，同比增长53%。截止2017年11月，新能源汽车11月当月销量11.9万辆，同比增长106.7%。 该轻量化铝合金汽车零件项目计划总投资20570.64万元，其中：固定 资产投资14545.44万元，占项目总投资的70.71%；流动资金6025.20万元，占项目总投资的29.29%。 达产年营业收入44992.00万元，总成本费用34585.91万元，税金及 附加367.27万元，利润总额10406.09万元，利税总额12208.68万元，税 后净利润7804.57万元，达产年纳税总额4404.11万元；达产年投资利润 率50.59%，投资利税率59.35%，投资回报率37.94%，全部投资回收期 4.14年，提供就业职位638个。 汽车轻量化这一概念最先起源于赛车运动，它的优势其实不难理解， 重量轻了，可以带来更好的操控性，发动机输出的动力能够产生更高的加 速度。由于车辆轻，起步时加速性能更好，刹车时的制动距离更短。
目录 第一章项目基本信息 第二章项目承办单位 第三章项目建设及必要性第四章产业分析预测 第五章产品规划方案 第六章项目选址科学性分析第七章土建工程方案 第八章工艺技术分析 第九章环境保护和绿色生产第十章项目生产安全 第十一章建设风险评估分析第十二章节能概况 第十三章项目计划安排 第十四章投资计划方案 第十五章经济收益 第十六章项目总结 第十七章项目招投标方案
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目录 第一章项目基本情况 第二章承办单位概况 第三章建设必要性分析第四章市场分析、调研第五章产品规划分析 第六章项目选址说明 第七章项目工程设计 第八章项目工艺原则 第九章环境保护概述 第十章项目生产安全 第十一章项目风险评估 第十二章节能评价 第十三章项目实施计划 第十四章项目投资分析 第十五章项目经济收益分析第十六章项目总结 第十七章项目招投标方案
2018年我国汽车轻量化及轻量化材料行业市场综合发展态势图文深度分析报告
2018年我国汽车轻量化及轻量化材料行业市场综合发展态势图文深度分析报告 （2018.04.15） 汽车轻量化这一概念最先起源于赛车运动，它的优势其实不难理解，重量轻了，可以带来更好的操控性，发动机输出的动力能够产生更高的加速度。由于车辆轻，起步时加速性能更好，刹车时的制动距离更短。 汽车轻量化绝非是简单地将其小型化。首先应保持汽车原有的性能不受影响，既要有目标地减轻汽车自身的重量，又要保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性，同时汽车本身的造价不被提高，以免给客户造成经济上的压力。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。 汽车轻量化技术目的。采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行优化设计，或使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下，
尽可能降低汽车产品自身重量，以达到减重、降耗、环保、安全的综合指标。 一、汽车保有量持续上升，节能减排成各国重中之重 经过十余年的快速发展，汽车保有量持续上升。2010-2016年我国汽车保有和产量快速上升。2016年国内汽车产量2819万台，同比增长13.5%，汽车产量仍处于逐步上涨趋势中。另2017年8月末我国民用汽车保有量达到2.05 亿辆，汽车千人保有量为144 辆/千人，与发达国家每千人汽车保有量500辆左右相比，国内汽车保有仍会持续上升。 2011-2017H1国内汽车产量(万台)
伴随汽车保有量的增多，汽车排放污染引起注意。机动车大多是以汽油发动机和柴油发动机为动力，这两类发动机均直接排放细颗粒物，其中汽油机排放的颗粒物相对较少，而柴油机排放量多，是城市PM2.5污染的主要排放源之一。北京市环保局发布的PM2.5来源解析报告显示，在雾霾所有来源中，区域传输贡献占28%~36%，本地污染贡献，其中机动车污染占到31%，为主要来源。 各国为控制汽车排放量，纷纷提出汽车能耗和排放目标。到2020年，除美国之外的全球主要的汽车生产与消费国家和地区对乘用车燃油油耗的要求都将严格限制在5L/100km以下的水平，而且碳排放也更为严格（国内在2020将采用国Ⅵ的排放标准）。 汽车轻量化将成节能减排主攻方向。汽车行业的节能减排主要是指通过汽车制造商一些技术措施配合相应的国家政策，建立起完善的机制等来减少能源浪费和降低废气排放。主要技术措施为汽车轻量化技术、发动机关键技术、改善油品品质和排放控制技术。其中，发动机技术与油品改善需要较长时间技术积累才能提升，而轻量化技术是目前最容易实现的技术，将成为减排主攻方向。 汽车排放与汽车重量高度相关。在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低汽车尾气排放。汽车整备质量降低100Kg，汽车每
新能源汽车车身轻量化设计方法研究_安治文
车辆与动力工程南方农机2016.1299 新能源汽车车身轻量化设计方法研究 安治文1 ，周明涛2 （1.广东科技学院，广东 东莞 523083；2.芜湖佳景科技有限公司，安徽 芜湖 241002） 摘 要：车身是新能源汽车直观的外在表现形式，同时也是汽车设计中占重要地位的研究对象。在新能源汽车中，车身的质量约占整车总重量的35%左右，因此通过设计使车身轻量化,可以提高车辆的动力性和经济性。本文通过对车身材料方面进行选择及设计，以此来达到轻量化的目的。 关键词：新能源汽车；车身；轻量化 中图分类号：U462.2文献标志码：A文章编号：1672-3872（2016）12-099-02 随着环境的逐渐恶化，新能源汽车正逐步成为汽车领域的前沿方向和发展热点。各国汽车企业在新能源汽车的设计研发中提出了各自不同的方案和主张。然而由于车身过重的原因，导致了新能源汽车特别是纯电动汽车在续航里程和动力性方面不尽如意。因此考虑和解决车身轻量化问题成为了新能源汽车设计的重中之重。 1 新能源汽车车身轻量化设计的材料选择 1.1 高强度钢是占主导地位的轻量化材料 尽管轻金属材料、塑料、复合材料等近年来在汽车上的应用不断扩大，但高强度钢以其在成本、安全、制造工艺等方面的优势，依然是首选的轻量化材料。以某自主品牌车身为例，其车身冲压件高强度钢的应用比例为46.5%，车体（不含四门两盖）高强度钢的应用比例为43%，主要使用了如下高强度钢：180BH、220BH、P180、P230、ST280、340LA、590R、TRIP600、TRIP800、590Y 、780Y 、SS400、SAPH440、980Y（进口）等。目前各种材料在汽车制造中的百分比。钢铁材料约占汽车重量的60%。但是，高强度钢应用的技术难点在于成形技术。高强度钢成形的主要问题是与范性应变相关的缩颈与开裂问题，控制要点是使零件的应变程度低于临界应变[1]。而目前高强度钢成形的主要问题，则是与弹性应力及应力释放相关的零件尺寸精度和回弹问题。具体来讲，先进高强度钢（AHSS）成形过程中的主要问题为：1）变形过程中出现加工硬化，屈服强度提高，流变应力较大；2）由于零件厚度减小，因而不易保持形状；3）缺少补偿回弹的模具设计经验。 1.2 铝合金 铝材料的很多特点使其适宜于在新能源汽车上应用：相对于使用钢铁材料，在新能源轿车上使用铝合金主要有三方面优势：1）可减轻整车重量，从而带来提高有效载荷、降低燃油消耗、提高制动性能、降低整车重心提高安全性、降低对路桥的损坏、提高轮胎寿命等效果；2）可减少防腐维护费用，因为不再需要喷涂载货平板或载货厢，板料有切痕和刮伤时也不致生锈，易于清洗并保持美观；3）可设计额外的美观装饰，如设计光亮的装饰件、保险杠、油罐、踏板等。轧制铝合金板用于商用车上的不同用途时，产品类型及主要性能要求也有所不同。 1.3 复合材料 复合材料即纤维增强塑料，是一种增强纤维和塑料复合而成的材料。常用的是玻璃纤维和热固性树脂的复合材料。增强用的纤维除玻璃外，还有高级的碳纤维、合成纤维。复合材料作为汽车材料具有很多优点：密度小、设计灵活美观、易设计成整体结构、耐腐蚀、隔热隔电、耐冲击、抗振等[2]。目前玻璃钢复合材料的应用非常广泛，尤其在欧美车系中。其中尤以SMC和GMT的应用最为广泛。 2 轻量化设计评价 2.1 车身总量 车身总量是轻量化的评价参量。宝马公司提出了轻量化系数的概念，作为评价车辆轻量化的参量，其定 义为： （1）其中，L为轻量化系数；MGer为白车身重量（不包括车门和覆盖件）；Ct为车身（包括玻璃）的静扭刚度，也可取该值的2/3，此时必须保证装好的挡风玻璃上的载荷可以承受，因为高表面拉应力会引起挡风玻璃损坏；A为轮距与轴距相乘的面积。由于新能源汽车轻量化的重点是车身、覆盖件和悬挂系统，当从不同角度评价一个产品的轻量化水平时，Ct的取值应不同。当侧重以车辆的NVH性能评价轻量化参量时，Ct值取一阶弯曲或扭转的固有频率值；当侧重以轻量化的覆盖件评价轻量化参量时，Ct值取抗凹性指标值；当侧重以轻量化的悬架系统评价轻量化参量时，Ct值取弹簧的刚度和疲劳寿命[3]。 2.2 性能满足各类碰撞法规 车身的动态刚度、静态刚度及其他特性与车辆的被动安全密切相关，是优化车身抗冲击能力并满足各类碰撞法规的基础。发生正面或者侧面碰撞后，车身自身要能吸收足够的能量，同时能尽量使驾驶员和乘客能够打开车门。通过对车辆进行动态及静态实验了解车身在典型的载荷力作用下车身的弯曲变形是否（下转第144页） —————————————— 作者简介： 安治文（1985-），男，湖南永州人，讲师，研究方向：汽车方向。
汽车轻量化技术的发展现状及其实施途
汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径 作者：SKP资讯中心整理来源：上海汽车》2007年第6期热度：506 前言 有关研究数据表明，若汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；若滚动阻力减少10%，燃油效率可提高3%；若车桥、变速器等机构的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%。由此可见，伴随轻量化而来的突出优点就是油耗显著降低。汽车车身约占汽车总质量的30%，空载情况下，约70%的油耗用在车身质量上，因此车身的轻量化对减轻汽车自重，提高整车燃料经济性至关重要。同时，轻量化还将在一定程度上带来车辆操控稳定性和一定意义上碰撞安全性的提升。车辆行驶时颠簸会因底盘重量减轻而减轻，整个车身会更加稳定；轻量化材料对冲撞能量的吸收，又可以有效提高碰撞安全性。因此汽车轻量化已成为汽车产业发展中的一项关键性研究课题。 1、轻量化技术及其发展现状 汽车轻量化的技术内涵是：采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行优化设计，或使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下，尽可能降低汽车产品自身重量，以达到减重、降耗、环保、安全的综合指标。 然而，汽车轻量化绝非是简单地将其小型化。首先应保持汽车原有的性能不受影响，既要有目标地减轻汽车自身的重量，又要保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性，同时汽车本身的造价不被提高，以免给客户造成经济上的压力。 汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计和轻量化材料的使用两大方面。一方面汽车轻量化与材料密切相关；另一方面，优化汽车结构设计也是实现汽车轻量化的有效途径。 与汽车自身质量下降相对应，汽车轻量化技术不断发展，主要表现在： (1)轻质材料的使用量不断攀升，铝合金、镁合金、钛合金、高强度钢、塑料、粉末冶金、生态复合材料及陶瓷等的应用越来越多； (2)结构优化和零部件的模块化设计水平不断提高，如采用前轮驱动、高刚性结构和超轻悬架结构等来达到轻量化的目的，计算机辅助集成技术和结构分析等技术也有所发展； (3)汽车轻量化促使汽车制造业在成形方法和联接技术上不断创新。 目前，国内汽车轻量化材料正在加速发展，新型智能材料逐渐在汽车制造中得到应用。车用高性能钢板、镁合金已在汽车上有所应用。如上海大众桑塔纳轿车变速器壳体采用镁合金。随着镁合金材料的技术进步及其抗蠕变性能的进一步改善，自动变速器壳体以及发动机曲轴箱亦适合改用镁材料制造。若曲轴箱由铝改为镁，则可减轻30%左右。 传统的轿车车身结构是钢车身，现今也越来越多地采用高强度钢、精练钢、铝合金和夹层
汽车轻量化技术及实现途径
西南大学网络教育学院 毕业论文 论文题目：汽车轻量化技术及实现途径 学生冉航 学号 1421352663001 类型网络教育 专业车辆工程 层次专升本 指导教师赵金斗 日期 2016年10月17日
西南大学网络教育学院毕业论文（设计）评定表
目录 摘要： (3) 1.前言 (3) 2.轻量化技术及其发展现状 (3) 3.实现汽车轻量化的主要途径 (4) 3.1合理的结构设计 (5) 3.2使用新型材料 (6) 3.2.1有色合金材料 (7) 3.2.2高强度钢 (8) 3.2.3塑料和复合材料 (8) 3.2.4其他轻量化材料 (9) 4.汽车轻量化发展面临的问题 (9) 5.结论 (10) 参考文献 (11)
汽车轻量化设计技术 摘要：本文简要介绍了目前汽车轻量化技术的发展状况,包括轻量化设计概况、各种轻量化材料的性能及运用,阐述了汽车轻量化的实施途径。 关键词：汽车轻量化发展 1.前言 有关研究数据表明, 若汽车整车质量降低10%, 燃油效率可提高6% ~ 8% ; 若滚动阻力减少10%, 燃油效率可提高3% ; 若车桥、变速器等机构的传动效率提高10% , 燃油效率可提高7%。由此可见, 伴随轻量化而来的突出优点就是油耗显著降低。汽车车身约占汽车总质量的30% , 空载情况下, 约70% 的油耗用在车身质量上, 因此车身的轻量化对减轻汽车自重, 提高整车燃料经济性至关重要。同时, 轻量化还将在一定程度上带来车辆操控稳定性和一定意义上碰撞安全性的提升。车辆行驶时颠簸会因底盘重量减轻而减轻,整个车身会更加稳定; 轻量化材料对 冲撞能量的吸收, 又可以有效提高碰撞安全性。因此汽车轻量化已成为汽车产业发展中的一项关键性研究课题。 2.轻量化技术及其发展现状 汽车轻量化的技术内涵是:采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行优化设计,或使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下,尽可能降低汽车产品自身重量,以达到减重、降耗、环保、安全的综合指标。 然而,汽车轻量化绝非是简单地将其小型化。首先应保持汽车原有的性能不受
车身轻量化的思路及途径轻量化制造工艺(完)
车身轻量化的思路及途径轻量化制造工艺（完） 作者：北京现代汽车有限公司沧州分公司慕温周、杨人杰、罗艳路、张剑、吕顺、朱珍厚（韩） 车身轻量化的思路及途径——轻量化材料的应用（一） 车身轻量化的思路及途径——轻量化结构设计（二） 车身轻量化的思路及途径的第三个重要方法——轻量化制 造工艺 轻量化制造工艺在使用轻量化材料和优化结构设计后，往往需要革新制造工艺来满足材料和结构的变化，如目前已广泛应用的激光拼焊板、热冲压成形和液压成形等工艺。 1. 激光拼焊板激光拼焊板（TWB）可将不同材质、不同厚度、不同强度和不同表面镀层的板坯拼合起来然后整体进行压型。激光拼焊板工艺已在汽车领域应用成熟，用于制造车门内板、加强板、立柱、底板和轮罩等部件，大众第7 代Golf 车身的激光焊缝总长度甚至达到了70 m。激光拼焊板工艺通过减少制件数量、局部钢板减薄及去除点焊凸缘来实现轻量化目的。车门内板边缘因需加装铰链，需要在0.8 mm 的主板基础上应用2 mm 厚的裁剪板来加强，因无需加装额外的增强板故车门整体减重1.4 kg。 2. 热冲压成形工艺高强度钢板由于屈服强度和抗拉强度的提高，冲压成形性能下降，主要表现为成形缺陷多、所需成
形力大以及回弹严重制件尺寸精度难以保证。如当强度超过1 000 MPa 以上时，对于一些几何形状比较复杂的零件，使用常规的冷冲压工艺几乎无法成形，所以高强度钢的热冲压成形工艺应运而生。热冲压成形工艺首先将高强度钢板加热至奥氏体化状态，然后快速转移到模具中进行冲压成形，在保证一定压力的情况下，制件在模具本体中以大于27℃/s 的冷却速度进行淬火处理，保压淬火一段时间，以获得具有均匀马氏体组织的超高强钢零件。 3. 液压成形工艺液压成形工艺一般有预成形、成形以及校准三个过程，可用于板材和管材成形。板材液压成形技术尤其适用于有深冲要求的复杂工件及较少凹槽的大型工件，如车身的结构件和外覆盖件。在车门外板的液压成形过程中，由于预成形使材料产生了期望的预应力，可以使车门等外板件在保持耐冲击性不变的情况下减少壁厚，从而达到轻量化效果。 管材液压成形是指管坯在内外部液体压力作用下贴合内部 的芯棒成形，该工艺可提高管件的内、外表面精度，也可用于两个部件的连接。管材液压成形的主要车身制件有发动机歧管、车顶支架、侧门横梁、散热器支架和传动轴零件等。 4. 铝合金压铸新工艺铝合金的加工方法有铸造、压铸、辊压、挤压和冲压等。随着铝合金在车身上的应用日益广泛，工程师们开发了一系列铝合金压铸新工艺，如冲压压铸法、针孔
新能源汽车之汽车轻量化地关键技术
本科生课程考核论文 科目：新能源汽车教师：舒红宇姓名： Haze 学号： 专业：机械设计及其自动化实验班类别： 上课时间： 考生成绩： 卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：
阅卷教师 (签名) 大学研究生院制 目录 一前言 (1) 二汽车轻量化的概念 (1) 三作用与必要性 (2) 3.1汽车轻量化的作用 (2) 3.2汽车轻量化的必要性 (2) 四关键技术 (3) 4.1 集成化超轻新能源汽车 (3) 4.2 集成化纤维增强热塑性地板 (4) 4.3 复合材料车身 (5) 五发展趋势与途径 (5) 六结束 (7)
新能源汽车之汽车轻量化的关键技术 摘要：在《新能源汽车关键技术与研究动态》这门课上，我了解到新能源汽车的四大关键技术分为：电池及管理技术、电机及其控制技术、整车控制技术、整车轻量化技术。其中新能源汽车轻量化的终极目标是在汽车强度和安全性能的满足使用要求的前提下，行之有效的降低车身整备质量，达到提高汽车动力的整体利用效率，从而减少能源的消耗，降低环境的污染，因此，笔者认为进一步加强对汽车轻量化的研究是非常有必要。而本文从汽车轻量化的相关概念，其作用和必要性，分析了其关键技术和未来的发展趋势。 关键词：新能源；汽车轻量化；关键技术；发展途径 一前言 据调查发现，我国汽车的产量和汽车的保有量每年都在不断上升，同时汽车的能源消耗和有害物排放都在逐年递增。因此在这种环境不断恶化和能源短缺的大环境下，大力发展节能减排的汽车技术是减少能源消耗和减少环境污染的必经之路。 目前，从国际上的研究趋势来看,汽车节能减排技术主要有以下几个方向：一是大力发展新能源汽车，如电动汽车、混合动力汽车以及插电式混合动力汽车；二是开发并制造技术先进的汽车发动机；三是实现汽车整车质量的轻量化。由于我国的汽车产业发展较晚，汽车的发动机技术的专业大多掌握在外国人的手中因此发展较困难、缓慢，所以上三种主要措施相比，有效降低汽车整车的自身质量，是实现汽车节能环保目标的最有效措施。对于新能源汽车来说，由于目新能源汽车常用的电池，如锂离子电池和铅酸电池，它们均存在比能量和比功率偏小的问题，这常常无法满足车辆的加速性能和续航里程要求，而且新能源汽车对其部的系统和机构的空间分布要求较高，它的空间分布方式对总布置影响较大，所以减轻整车质量对新能源汽车就显得十分重要
汽车轻量化论文
摘要：汽车轻量化对于降低汽车燃油消耗和减少排放污染起着举足轻重的作用，采用轻质材料是实现汽车轻量化的重要途径。文章详细分析了轻量化技术 在现在汽车种的应用，包括铝合金镁合金钛合金3种轻合金的特点。轻量化 设计技术以及金属成型方法和连接技术，说明了汽车轻量化的意义，对汽车的 轻量化技术发展有一定的指导作用。 关键词：汽车；轻量化；车身 1轻量化技术在汽车上的应用 目前，国内外应用于汽车的请炼化技术主要有：1）轻质材料技术的应用，如铝合金镁合金钛合金高强度钢塑料粉末冶金生态复合材料及陶瓷等的应用越来越多；2）结构优化及计算机辅助设计和分析技术的应用；3）汽车制造中新的成型方法和连接技术的不断应用。 1.1.1基于材料的轻量化技术的应用 1.11高强度钢在汽车上的应用 高强度刚已成为颇具竞争力的汽车轻量化材料，它在抗碰撞性能，加工工艺和成本方面与其他材料相比具有较大的优势。采用高强度钢板，首先能改善汽车的安全和碰撞性能，传统的碳素钢虽然可以吸收碰撞能量，但其缺点是质量大，影响燃油经济性；高强度钢板用于汽车车身，除了能减薄车身部件厚度降低自重之外还可以提高汽车表面件的抗凹陷性及抗破坏能力，在降低燃油消耗率的同时又可以提高汽车的安全性。 国外高强度钢在汽车上的应用以日本最为典型。在日本，车身零件实际应用高强度钢始于20世纪70年代，最早应用于车身外表件，然后应用到内部零件和结构件。目前，日本悬架结构和支撑件的强度已达到800-1000MPa。 抗拉强度410 MPa的高强度钢多用于内部件，即将采用590 MPa高强度钢用于内部件，有望进一步减薄零件厚度。
1.12铝合金在汽车上的应用 铝具有高的导电性和导热性，密度小，塑性好，易成型，易回收利用。 可通过铸锻冲压工艺制造各类汽车零件。自1991年使用高强度铝合金以来，北美汽车上铝的用量已增加2倍，运动多用途车皮卡和微型厢式车上的铝的用量呈3倍增长。 目前，铝合金已经广泛应用于汽车车身底盘零部件以及发动机的某些部件上。现代轿车发动机活塞几乎都采用铸铝合金，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350度左右有良好的力学性能，而铸铝合金符合这些要求。同时由于活塞连杆采用了铸铝合金件，减轻了质量，从而降低了发动机的振动，降低了噪声，使发动机的油耗下降，这也符合汽车的发展趋势。 近年来，一些新型铝合金材料也开始在汽车上应用，如快速凝固铝合金TiAi金属间化合物泡沫铝材铝复合材料铝基粉末冶金材料和铝拼焊冲压坯材料。 1.13 镁合金在汽车上的应用 镁合金的基本特性如下： 1）质量轻。镁合金比铝合金轻33%，比钢轻77%，为常用结构金属材料中最轻的材料。同时，镁能制造出与铝同样复杂的零件而质量则较后者轻 1/3.镁合金用于车辆，将显著地降低其起动惯性，降低燃油消耗，减少 环境污染。 2）比强度高，刚性强。同等形状下，镁合金制品的刚性为塑料的10倍以上。 如用镁合金代替ABS塑料，则制品的质量可以减少36%，厚度可以降低 64%。
大连汽车轻量化项目申请报告书
大连汽车轻量化项目申请报告书 规划设计/投资分析/产业运营
大连汽车轻量化项目申请报告书 我国新能源汽车销量快速增长。当前我国的新能源汽车发展主要由政 策扶持，得到了飞速的发展。2016年，我国新能源汽车销量为50.7万辆，同比增长53%。截止2017年11月，新能源汽车11月当月销量11.9万辆，同比增长106.7%。 该轻量化铝合金汽车零件项目计划总投资10238.60万元，其中：固定 资产投资8159.61万元，占项目总投资的79.69%；流动资金2078.99万元，占项目总投资的20.31%。 达产年营业收入17192.00万元，总成本费用13392.74万元，税金及 附加197.19万元，利润总额3799.26万元，利税总额4520.49万元，税后 净利润2849.45万元，达产年纳税总额1671.05万元；达产年投资利润率37.11%，投资利税率44.15%，投资回报率27.83%，全部投资回收期5.09年，提供就业职位252个。 报告根据我国相关行业市场需求的变化趋势，分析投资项目项目产品 的发展前景，论证项目产品的国内外市场需求并确定项目的目标市场、价 格定位，以此分析市场风险，确定风险防范措施等。 ......
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，其物理性质表现为密度低、强度高、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用。
大连汽车轻量化项目申请报告书目录 第一章申报单位及项目概况 一、项目申报单位概况 二、项目概况 第二章发展规划、产业政策和行业准入分析 一、发展规划分析 二、产业政策分析 三、行业准入分析 第三章资源开发及综合利用分析 一、资源开发方案。 二、资源利用方案 三、资源节约措施 第四章节能方案分析 一、用能标准和节能规范。 二、能耗状况和能耗指标分析 三、节能措施和节能效果分析 第五章建设用地、征地拆迁及移民安置分析 一、项目选址及用地方案
兰州汽车轻量化项目申报材料
兰州汽车轻量化项目 申报材料 投资分析/实施方案
兰州汽车轻量化项目申报材料 汽车轻量化这一概念最先起源于赛车运动，它的优势其实不难理解， 重量轻了，可以带来更好的操控性，发动机输出的动力能够产生更高的加 速度。由于车辆轻，起步时加速性能更好，刹车时的制动距离更短。 该轻量化铝合金汽车零件项目计划总投资13230.15万元，其中：固定 资产投资11272.15万元，占项目总投资的85.20%；流动资金1958.00万元，占项目总投资的14.80%。 达产年营业收入15517.00万元，总成本费用11644.33万元，税金及 附加231.60万元，利润总额3872.67万元，利税总额4638.43万元，税后 净利润2904.50万元，达产年纳税总额1733.93万元；达产年投资利润率29.27%，投资利税率35.06%，投资回报率21.95%，全部投资回收期6.06年，提供就业职位273个。 坚持应用先进技术的原则。根据项目承办单位和项目建设地的实际情况，合理制定项目产品方案及工艺路线，在项目产品生产技术设计上充分 体现设备的技术先进性、操作安全性。采用先进适用的项目产品生产工艺 技术，努力提高项目产品生产装置自动化控制水平，以经济效益为中心， 在采用先进工艺和高效设备的同时，做好项目投资费用的控制工作，以求 实科学的态度进行细致的论证和比较，为投资决策提供可靠的依据。努力
提高项目承办单位的整体技术水平和装备水平，增强企业的整体经济实力，使企业完全进入可持续发展的境地。 ...... 我国新能源汽车销量快速增长。当前我国的新能源汽车发展主要由政 策扶持，得到了飞速的发展。2016年，我国新能源汽车销量为50.7万辆，同比增长53%。截止2017年11月，新能源汽车11月当月销量11.9万辆，同比增长106.7%。
湖北汽车轻量化项目申报材料
湖北汽车轻量化项目 申报材料 规划设计/投资分析/产业运营
报告说明— 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，其物理性质表 现为密度低、强度高、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、 导热性和抗蚀性，工业上广泛使用。 该轻量化铝合金汽车零件项目计划总投资17253.05万元，其中：固定 资产投资14353.95万元，占项目总投资的83.20%；流动资金2899.10万元，占项目总投资的16.80%。 达产年营业收入25143.00万元，总成本费用18881.19万元，税金及 附加319.33万元，利润总额6261.81万元，利税总额7444.84万元，税后 净利润4696.36万元，达产年纳税总额2748.48万元；达产年投资利润率36.29%，投资利税率43.15%，投资回报率27.22%，全部投资回收期5.17年，提供就业职位327个。 我国新能源汽车销量快速增长。当前我国的新能源汽车发展主要由政 策扶持，得到了飞速的发展。2016年，我国新能源汽车销量为50.7万辆，同比增长53%。截止2017年11月，新能源汽车11月当月销量11.9万辆，同比增长106.7%。
目录 第一章项目概述 第二章承办单位概况 第三章项目背景及必要性第四章市场研究分析 第五章项目投资建设方案第六章项目选址评价 第七章土建工程说明 第八章工艺概述 第九章环境保护分析 第十章职业安全 第十一章建设风险评估分析第十二章节能可行性分析第十三章实施安排方案 第十四章投资方案说明 第十五章项目经济收益分析第十六章总结说明 第十七章项目招投标方案
第一章项目概述 一、项目提出的理由 调研数据显示，2017年款普通品牌车型中，铝合金零部件在转向节、 羊角中的渗透率为21%，控制臂为3%，副车架和制动钳壳体上还没有应用。由此可见，当前铝合金在普通乘用车品牌中的渗透率还在绝对低位（增长 空间广阔）！ 汽车轻量化这一概念最先起源于赛车运动，它的优势其实不难理解， 重量轻了，可以带来更好的操控性，发动机输出的动力能够产生更高的加 速度。由于车辆轻，起步时加速性能更好，刹车时的制动距离更短。 二、项目概况 （一）项目名称 湖北汽车轻量化项目 （二）项目选址 某循环经济产业园 湖北省，简称鄂，中华人民共和国省级行政区，省会武汉。地处中国 中部地区，东邻安徽，西连重庆，西北与陕西接壤，南接江西、湖南，北 与河南毗邻，介于北纬29°01′53″—33°6′47″、东经 108°21′42″—116°07′50″之间，东西长约740千米，南北宽约470 千米，总面积18.59万平方千米，占中国总面积的1.94%。最东端是黄梅县，
金属材料在汽车轻量化中的应用与发展研究 张田保
金属材料在汽车轻量化中的应用与发展研究张田保 摘要：在汽车保有量的不断增加的社会背景下，如何减少污染、降低能耗，为 消费者提供低成本、低排放、高速、安全、舒适的驾车环境，是汽车制造业亟待 研究的课题。汽车轻量化成为汽车产业发展的主要方向。铝合金材料以其具有的 一系列优良特性，如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐 腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、良好的加工成型性以及高的回收再 生性等，在汽车工业中逐渐得到广泛运用，成为实现汽车轻量化发展的主要途径。 关键词：金属材料；汽车轻量化；应用 1、金属材料在汽车轻量化中的应用 汽车轻量化虽然是设计、材料、工艺等多方面因素的优势集成，但主要是材 料的轻量化。归纳起来，用于汽车轻量化的材料主要有两类：一是低密度的轻质 材料，主要指铝、镁、钛合金材料，以及塑料和复合材料；二是高强度材料，如 高强度钢。从环保的角度看，在轻质材料中，聚合物类的塑料制品回收处理过程 中存在环境污染问题，因此，在使用上受到一定的限制。而铝、镁、钛合金材料 是目前所有现用金属材料中密度较低的轻金属材料（铝合金约2.7 g/cm3，镁合金约1.74 g/cm3，钛合金约4.51 g/cm3，钢的密度约7.8 g/cm3），这些金属材料形 成的多种合金材料，可以提高汽车主动安全性和被动安全性，满足苛刻的安全法 规要求，使汽车的安全设计得到进一步的完善。同时，选用轻金属材料也是减轻 自重、节能环保，提高汽车动力性、舒适性的重要保证。铝、镁、钛等轻金属代 替钢材是汽车轻量化的首选材料，也是未来汽车发展的重要方向。 2、铝及铝合金 铝是世界上使用较早且生产和处理工艺都比较成熟的轻量化材料。铝及铝合 金材料具有的一系列优良特性，如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击 性能好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、易加工成型性、回收再 生率高等特点，受到越来越多的汽车制造企业的青睐。 目前，汽车上用铝量最大的是车轮、动力系和悬架系零部件。据此推测，未 来汽车的铝化界限可达30%～50%。为了能增加铝及合金材料在汽车制造业中的 使用数量，各国都在努力探索新的铝合金材料的同时，也不断改进加工技术，如“铝合金半固态成形技术”就是目前国际广泛关注和应用的领先的加工技术，该技 术生产出来的铝合金汽车零件组织致密、性能优良，且属于近终态成形。铝及铝 合金材料也有不足之处，主要表现在铝的承载力、力学性能与钢相比仍有差距。 再加上生产技术的局限，工艺流程的复杂性，导致生产成本较高。这些都是制约 汽车材料铝化的重要障碍。 汽车轻量化主要是通过提高铝化程度来实现。伴随着铝化程度的不断提高， 使用铝的比例不断增加，所产生的最大问题就是生产成本的大幅度上升。因此， 降低铝化成本，提高生产效率是汽车制造业努力的方向，未来汽车铝化程度的提 升必须依靠对铝化的需求和生产成本的平衡来支配。我国的铝矿产资源丰富，原 铝产量位居世界第一，并形成了完整的铝工业体系。目前，国内汽车工业用率呈 现快速增长态势，生产技术基本上能满足汽车工业的需要。 3、镁及镁合金 镁及镁合金是21世纪最具开发前景的轻质结构材料。镁及镁合金的主要特点是：一是密度低、质量轻，使用镁合金能够比铝合金再减轻15%～20%，是最轻 的金属材料；二是比强度（强度与质量之比）高于铝合金和钢，比刚度（刚度与