车身轻量化的思路及途径轻量化制造工艺(完)
车身结构设计基本特点及轻量化的途径
知识讲解
三、车身轻量化的意义和实现途径 （3）采用先进的制造工艺 先进轻量化成形工艺和连接技术，是车身轻量化的保障。 轻质材料在减轻车身重量的同时，也对汽车制造工艺提出了新的要求。 倒如，用新材料制造的部件进行组装结合时，会遇到接合技术问题，采用高强度钢，因为材
料厚度更簿，传统的MAG焊接工艺面临无法解决的焊接难题。
以尽可能降低汽车自身重量，以达到减重、降耗、环保、安全的综合指标，是低碳时代汽车 技术发展的重要方向。
知识讲解
三、车身轻量化的意义和实现途径 （1）采用新材料 车身采用轻质材料的原则，在不降低整车性能的前提下，使用轻质材料，结合新的制造技术
和加工工艺，替换原有车身部件的材料，从而达到轻量化的效果。
知识讲解
二、车身结构件和覆盖件的技术特点； 因此，轿车车身结构件通常设计成闭口异形截面形状，尽可能在不增加质量的条件下，用最佳
截面形状获得最优的性能。
不同部位的车身结构件，具截面形状各不相同，但都是由钢材通冲压、翻边、折边等工艺，焊 接形成的复杂形状的闭口截面。
车身结构件除了要满足强度和刚度要求，应使车身结构形成一个连续完整的受力系统，以及合 理的载荷传递路径，同时部分结构件应能吸收一定的碰撞能量。
的安全车身。
知识讲解
三、车身轻量化的意义和实现途径 从前面的学习，我们知道， 车身结构形状复杂、所用材料众多，安全性、舒适性等要求高。 车身质量对整车质量的影响很大，占整车质量的40~60%，而制造成本占整车的15~30%，
因此，车身轻量化对整车轻量化来说举足轻重。
汽车车身轻量化是在保证车身强度和安全性的前提下，采用新材料、现代设计方法和手段对 汽车产品进行优化设计。
知识讲解
二、车身结构件和覆盖件的技术特点； 车身覆盖件是车身上既重要又相对独立的部件，其作用是封闭车身，体现车身造型特征，
汽车轻量化的技术与方法
汽车轻量化的技术与方法汽车的轻量化，就是在保证汽车的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，降低排气污染。
实现汽车轻量化的途径有三条：一是通过整车优化结构设计；二是优化材料设计，即用低密度材料代替钢铁材料的应用；三是轻量化制造，即通过先进的轻量化制造技术的应用，实现轻量化设计和轻量化材料。
1.结构轻量化车身结构轻量化也就是结构优化设计，即通过采用先进的优化设计方法和技术手段，在满足车身强度、刚度、模态、碰撞安全性等诸多方面的性能要求，以及相关的法律法规标准的前提下，通过优化车身结构参数，提高材料的利用率，去除零部件冗余部分，同时又使部件薄壁化、中空化、小型化、复合化以减轻重量，实现轻量化。
（1） CAD/CAE在汽车结构设计上的应用轻量化的手段之一就是对汽车总体结构进行分析和优化，实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化。
利用CAD、CAE技术，可以准确实现车身实体结构设计和布局设计，对各构件的开头配置、板材厚度的变化进行分析，并可从数据库中提取由系统直接生成的有关该车的相关数据进行工程分析和刚度、强度计算。
对于采用轻质材料的零部件，还可以进行布局进一步分析和运动干涉分析等，使轻量化材料能够满足车身设计的各项要求。
（2）结构小型化目的是在不增加成本的情况下，维持车身功能与抗击安全性的同时减轻汽车重量。
采用轻量化技术可以减少车身重的25%。
2.材料轻量化（1）轻金属在汽车上的应用铝、镁、钛合金材料是所有现用金属材料中密度较低的轻金属材料，因而成为汽车减轻自重，提高节能性和环保性的首选材料。
铝合金：自70年代开始，汽车用铝量不断增加。
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。
目前，全世界耗铝量的12％～15％以上用于汽车工业。
有些发达国家已超过25％。
镁合金：镁是极重要的有色金属，它比铝轻，能够很好地与其他金属构成高强度的合金。
钛合金：钛合金将是替代钢铁的轻量化和高性能的材料，是最具有潜力的汽车用材料。
简述汽车轻量化材料及制造工艺
简述汽车轻量化材料及制造工艺摘要：现如今，汽车在生活中得到不断普及，带来的环保性问题、节能型问题、安全性问题等越来越明显。
在这种情况下，汽车的轻量化研究越来越受到人们的重视，不仅有助于控制污染物的排放，还有助于提升汽车使用性能和安全性能，对于汽车的发展和进步有着重要的意义。
文章就此对汽车轻量化材料及制造工艺展开讨论。
仅供参考。
关键词：汽车；轻量化材料；制造工艺一、汽车轻量化材料及制造工艺研究原则综合分析汽车整体构造，其中车身构造重量在总重量中占据的比重较大，约占1／3。
所以通过优化车身材料选取能有效降低汽车自重。
当前在汽车车身材料选取过程中需要依照以下基本原则。
首先汽车在稳定行驶过程中要对汽车安全性、舒适性、稳定性进行探析。
其次各类的焊接部件能冲压成型，生产制造中技术工艺性能完善，最后材料应用具有可回收性与良好的经济性。
汽车工业全面发展的重要动力是基于材料基础进步基础上，提升汽车安全性，突出节能减排重要作用。
二、汽车轻量化材料的应用1.铝合金铝合金的比重仅仅是钢材质的30%，假设弯曲刚度为相同状态时，铝合金相对厚度是1.43，计算出49%为其减重潜能；假设弯曲强度相等的话，那么其减重潜力是38%。
有报道表明，如将汽车车身材料全部换为铝合金，在同等条件下会比铸铁、低碳钢等材质的车身每千克少排放13千克至20千克的温室气体，这也是当前阶段铝合金越发广泛的应用于汽车车身材质的直接原因，此种情况在豪华汽车中更加明显。
大量B级和C级汽车随着我国汽车制造业的发展相继问世，近些年更是有一批档次较高的新型汽车出现。
相关法律法规也随之不断完善，进一步推动了铝合金材质在国内汽车市场的应用。
此外，铝合金材料的冶炼技术对于汽车行业的发展也有十分积极的推动作用，现阶段主要有以下几种应用形式：铝合金锻件应用在车轮、汽车悬架支架的构件方面；铸造件应用在车身壳体和发动机缸盖等、车身结构等铝合金基拉拉伸件。
现阶段成本较高和焊接工艺性较差是阻碍铝合金材质推广和应用的首要原因，因此必须致力于铝合金冶炼技术的改进、成型工艺性的改进以及材料成本的降低，进而推进铝合金材料在我国汽车行业的应用，进一步推进我国汽车轻量化的发展进程。
实现汽车轻量化的途径
实现汽车轻量化的途径一、背景介绍随着汽车产业的不断发展，汽车轻量化已经成为了一个热门的话题。
轻量化可以降低车辆的油耗和排放，提高车辆的性能和安全性，同时也可以减少生产成本。
因此，如何实现汽车轻量化已经成为了一个重要的研究方向。
二、轻量化的意义1. 降低油耗和排放汽车重量越大，所需的动力就越大，油耗和排放也就越高。
轻量化可以降低汽车的重量，从而减少油耗和排放。
2. 提高性能和安全性轻量化可以提高汽车的加速度、制动距离等性能指标，并且可以提高汽车的稳定性和操控性。
3. 减少生产成本轻量化可以减少用于生产汽车的材料数量和成本，并且可以缩短生产周期。
三、实现汽车轻量化的途径1. 材料选择材料是影响汽车重量最主要的因素之一。
目前常用于制造汽车的材料包括钢铁、铝合金、碳纤维等。
其中，钢铁是最常用的材料，但其密度较大，因此需要使用更多的钢铁来制造车身，从而增加了车辆的重量。
铝合金和碳纤维密度较小，可以减少汽车的重量，但其价格相对较高。
因此，在选择材料时需要综合考虑材料的性能、成本等因素。
2. 结构优化汽车结构的优化也可以实现轻量化。
通过优化结构设计，可以减少用于制造汽车的材料数量，并且可以提高汽车的强度和稳定性。
例如，在汽车底盘设计中使用空心结构或者梁式结构可以减少底盘重量，并且提高底盘强度。
3. 零部件轻量化除了整车轻量化外，零部件轻量化也是实现汽车轻量化的重要途径。
例如，在发动机设计中使用轻质材料和先进技术可以减少发动机重量，并且提高发动机效率。
4. 制造工艺改进制造工艺也是影响汽车重量的一个因素。
通过改进制造工艺，可以减少生产过程中产生的废弃物和能源消耗，并且可以提高生产效率。
例如，在焊接汽车车身时使用激光焊接技术可以减少焊接时间和能源消耗。
5. 智能化技术智能化技术也可以实现汽车轻量化。
例如，在汽车制造中使用3D打印技术可以精确制造零部件，并且可以减少材料浪费。
此外，智能化技术还可以实现汽车的轻量化设计和优化。
车身轻量化的思路及途径-结构设计
车身轻量化的思路及途径-结构设计昨天，我们为大家讲述了车身轻量化的思路及途径之一轻量化材料的应用今天，我们就接着昨天的话题继续为大家讲述车身轻量化的思路及途径的第二个重要方法——轻量化结构设计。
除直接运用轻量化材料代替普通钢板外，还需要对车身整体结构进行分析和优化，实现汽车零部件的整体化、集成化和精简化。
轻量化结构设计随着结构设计软件的发展，一般利用 CAD、CAE 技术进行车身布局设计和车体结构优化，对各构件的形状、配置、板厚进行强度以及刚性的计算和分析，在保证性能的前提下，寻求零部件壁厚减薄、数量精简和结构的整体化、合理化设计。
图 6 所示为吉利汽车 FE 车型散热器上横梁总成通过结构优化设计、精简制件，在保证安全的前提下减重2.2 kg。
1. 布局优化布局优化即考虑实际工况来实现车身整体或局部结构的最佳布局形式，如采用前置前驱布置可减少很多传动系统制件从而达到减重目的，另外，采用承载式车身可以取消车架从而大大减轻车身重量。
2. 尺寸优化尺寸优化过程中，往往根据质量、强度等优化目标对板厚、梁截面及截面惯性矩等尺寸进行优化，使应力分布均匀化，而且，尺寸优化一般以汽车零部件的形状尺寸为变量，以满足各种工况下的刚度、振动、强度和吸能性等。
汽车设计中线性静力学问题和线性振动问题可以使用传统的数值优化算法对轻量化直接进行设计，以线性弹性尺寸优化为基础的设计方法可以对汽车上使用的零部件进行优化并对汽车进行减重。
3. 形状优化形状优化即通过适当改变制件的外形使结构更加均匀地受力，具体措施是对汽车结构整体或局部进行形状优化，从而使材料能够发挥出更大的潜力。
工程师们一般利用有限元法来避免应力高峰，使应力分布尽可能均匀化，具体做法是向承受高负荷的部位储存或增强材料，在承受低负荷的部位减薄或去除材料。
4. 拓扑优化拓扑优化即对指定设计空间的材料分布进行分析，通过拓扑算法自动得到最优化的动力传递路径以达到尽可能多节省材料的目标。
汽车轻量化的发展趋势及其技术实现
汽车轻量化的发展趋势及其技术实现随着工业化的加速和人们生活水平的提高，汽车已经成为了现代社会不可缺少的交通工具之一。
但随之而来的是汽车带来的能源消耗、环境污染、交通拥堵等问题，因此，汽车的绿色环保和高效节能成为了整个行业的重要研究方向。
而轻量化作为这个领域的一个关键技术，也开始引起了越来越多的关注。
一、轻量化技术的发展现状传统汽车在设计时往往会追求强度和稳定性，导致了车身结构的材料主要以铁、钢材和马铃薯粉为原材料，这些重量较大，不仅耗油，而且不利于环保。
因此，轻量化技术的运用成为了改善汽车性能、提高经济性和环保节能的有效途径。
目前，轻量化的技术手段主要包括轻质材料的使用、车身设计的优化和动力系统的改进等方面。
具体来说，汽车制造商可以通过增加铝、碳纤维、镁合金的材料使用量，减少车身结构的重量和材料消耗，从而实现轻量化；另外，对于车身结构的设计也可以采用更加科学的流线型设计、曲柄下沉设计等方式，以增加车辆的空气动力性能和减小阻力；同时，将传统的发动机和传动系统替换为混合动力系统、电动车辆等有助于减小车辆的自重，降低整车能耗等方面的技术也成为了车辆轻量化的有效途径。
二、轻量化技术的优势与挑战通过轻量化技术可以有效地降低车辆的油耗和排放，提高车辆的环保性和经济性。
同时，轻量化还可以增强整车的安全性能，降低车辆的运动性能和灵敏度，为车辆的高性能和高安全性能铺设了坚实的基础。
然而，汽车的轻量化也面临着一系列的挑战。
其中最主要的挑战是如何在材料选择、设计、加工等方面实现轻量化，同时又不降低车辆的安全性、耐久性和质量稳定性，保证车辆的安全性能和舒适性。
此外，汽车轻量化技术的成本问题也难以回避。
不同的材料以及加工方式所带来的成本差异较大，这也给轻量化技术的推广带来了挑战。
三、轻量化技术的前景展望未来，随着科技的不断进步和对环保的重视，汽车轻量化技术将会得到持续发展和改进。
在未来的发展中，轻量化技术将呈现出以下几个发展趋势：1.材料多样化未来的轻量化技术将会更多地采用多种轻质材料，如碳纤维、铝合金、镁合金、塑料等，从而实现更加高效的轻量化效果。
车身轻量化实现的思路及途径
车身轻量化实现的思路及途径展开全文车身轻量化对减少尾气排放、提高燃油效率和车辆安全性意义重大。
为实现车身轻量化，通常从三个方向进行：新材料的应用、车身结构优化和生产工艺的革新。
新材料应用上主要有高强度钢、铝合金、镁合金和工程塑料等；车身结构优化主要有布局优化、尺寸优化、形状优化和拓扑优化四种方法；生产工艺的革新主要是针对新材料、新结构应用后导入的新工艺，如热冲压成形、激光拼焊板、液压成形和合金材料新型压铸方法等。
轻量化材料的应用1.高强度钢图1 各种高强度钢的抗拉强度和延展率高强度钢的分类和定义国内外尚无统一的定义和分类方法，一般按照强度划分和强化机理划分。
如图1所示，将屈服强度小于210 MPa的钢称为“软钢”，210～550 MPa之间的称为“高强度”钢，高于550 MPa的称为“超高强度钢”。
高强度钢的价格相对较低，具有较高的结构强度、优越的碰撞吸能性和抗疲劳强度，且冲压成形性、焊接性和可涂装性优良，关键是能够利用现有汽车生产线生产从而节约设备投资，所以在现阶段，高强度钢是车身减重的首选材料。
图2 北京现代YC 车型高强钢应用现况如图2的例子所示，车身上高强度钢多用于车身侧围板、顶盖、发动机罩和车门板等覆盖件上，其中影响车身整体强度的车身框架部分又多选用超高强度钢，如保险杠、底板梁和顶盖横梁等。
2.铝合金材料铝合金材料密度是钢的1/3，吸能性是钢的2倍，在碰撞安全性方面有明显优势，且铝的可回收性和耐腐蚀性较好，是最常见的车身用轻金属材料。
虽然铝材的弹性模量较低，但它有很好的挤压性，能够得到复杂界面从而从结构上补偿部件的刚度，因此在满足刚性和强度等多方面力学性能的前提下，能够大大降低材料消耗和制件的质量，进而实现车身轻量化、提高整车燃油效率。
目前阶段，铝合金在车身上多应用于发动机罩内外板上，如长城汽车某车型的零部件，通过应用铝合金材料并优化结构设计，实现了部件整体减重50%以上的目标（如表所示）。
汽车轻量化的途径
汽车轻量化的途径汽车轻量化是一种重要的技术手段，旨在减小汽车整车重量，提高车辆的燃油效率和运动性能，减少对环境的影响。
轻量化的途径包括材料的优化、结构的设计和工艺的改进等方面。
本文将就这些途径进行详细的介绍和分析。
1. 材料的优化材料的优化是实现汽车轻量化的基础工作。
目前常用的汽车材料主要包括钢铁、铝合金、镁合金和碳纤维等。
不同材料之间具有不同的密度和强度特性，因此需要根据具体的要求来选择合适的材料。
1.1 钢铁钢铁是目前最常用的汽车材料，主要由铁和碳组成，具有良好的强度和韧性。
优化钢铁材料可以采用高强度钢、热成形钢和复合钢等。
高强度钢可以提高汽车的结构刚度和抗拉强度，同时减小钢材的厚度和重量。
热成形钢可以通过控制成形温度和速度来改善材料的塑性变形能力，从而减小零件的厚度和重量。
复合钢可以通过不同材料的组合来提高强度和韧性。
1.2 铝合金铝合金具有较低的密度和良好的机械性能，是用于汽车轻量化的理想材料之一。
优化铝合金材料可以采用高强度铝合金、变形铝合金和喷射铝合金等。
高强度铝合金可以提高材料的强度和刚度，减小材料的厚度和重量。
变形铝合金可以通过控制成形温度和速度来改善材料的塑性变形能力，从而减小零件的厚度和重量。
喷射铝合金可以通过快速凝固技术制备精密铝合金零件，进一步减小零件的厚度和重量。
1.3 镁合金镁合金具有较低的密度和较高的比强度，是用于汽车轻量化的另一种理想材料。
优化镁合金材料可以采用高强度镁合金和合金化技术等。
高强度镁合金可以提高材料的强度和刚度，减小材料的厚度和重量。
合金化技术可以通过添加其他元素来改善镁合金的力学性能和耐腐蚀性能。
1.4 碳纤维碳纤维具有很高的比强度和比模量，是用于汽车轻量化的高性能材料。
碳纤维复合材料的制造工艺包括预浸料（Prepreg）工艺和干法成型（Autoclave）工艺。
预浸料工艺是将纤维和树脂预先浸渍在一起，然后进行成型和固化。
干法成型工艺是将干燥的纤维放置在模具中，然后注入树脂进行固化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
压铸法和无孔性压铸法等，其中无孔性压铸法最受欢迎，压铸时注入型腔的金属液与氧气发生反应，型腔内随即形成真空状态，从而实现无气孔且可热处理的高质量压铸件。
目前用无孔性压铸法生产的铝合金大量应用于车轮、进气歧管以及动力转向壳等部件上，由于应用铝材且壁厚减小，轻量化效果显著。
总结随着国家环保法规加严，在消费者对驾乘感受要求提高以及整车价格持续下探的压力下，车身轻量化已成为众多车企的重点发展方向，而实现车身轻量化主要有新材料应用、车身结构优化和生产工艺革新三方面途径。
新材料应用方面基于目前技术条件和成本考虑，高强度钢、铝合金和工程塑料等已广泛应用，镁合金、碳纤维及其他复合材料目前大多处于研发阶段；车身结构优化主要有布局优化、尺寸优化、形状优化和拓扑优化四个方向；在轻量化车身设计时，可以细化到通道界面改进、传力路径优化、断面优化、减重孔优化和修边线优化等方面；新工艺革新方面，目前热冲压成形、激光拼焊板、铆接、胶接以及液压成形已经实现规模化量产应用。
总之，在满足车辆安全性能要求及量产成本的考量下，实现车身轻量化需要综合考虑新型材料和结构优化，而这往往需要革新生产工艺来实现。
所以，综合新材料、新结构和新工艺才能实现安全、低成本的轻量化车身。