金屬與非金屬材料對(duì)汽車輕量化的影響

1、金屬與非金屬材料對(duì)汽車輕量化的影響1汽車輕量化1.1 汽車輕量化的必要性2007年，我國汽車銷量達(dá)到了880萬輛，汽車消費(fèi)規(guī)模居世界第二。我國汽車產(chǎn)量和保有量的持續(xù)高速增長(zhǎng)為汽車及相關(guān)行業(yè)的進(jìn)步帶來巨大機(jī)遇的同時(shí)，汽車工業(yè)也面臨著一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。汽車及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展對(duì)社會(huì)能源供給、環(huán)境保護(hù)等方面的影響日益明顯，因此要承受的節(jié)能減排的壓力也日趨增大。有關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，若汽車整備質(zhì)量降低10%，燃油消耗可減少6%8%。由此可見，伴隨輕量化而來的突出優(yōu)點(diǎn)就是油耗的顯著降低。尤其汽車車身約占汽車總質(zhì)量的30%，對(duì)空載而言，約70%的油耗是用在車身質(zhì)量上的，因此車身的輕質(zhì)化對(duì)減輕汽車自重，提高整車燃料經(jīng)

2、濟(jì)性至關(guān)重要。同時(shí)，輕量化還將帶來車輛操控穩(wěn)定性和沖撞安全性的提升:因?yàn)檐囕v行駛時(shí)的顛簸會(huì)因底盤重量減輕而減輕，整個(gè)車身會(huì)更加穩(wěn)定；輕量化材料對(duì)沖撞能量的吸收，又可以有效提高沖撞安全性。因此汽車輕量化已成為汽車發(fā)展產(chǎn)業(yè)中的一項(xiàng)關(guān)鍵性研究課題。汽車輕量化的技術(shù)內(nèi)涵是:采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和有效手段對(duì)汽車產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，或使用新材料在確保汽車綜合性能指標(biāo)的前提下，盡可能降低汽車產(chǎn)品自身重量，以達(dá)到減重，降耗，環(huán)保，安全的綜合指標(biāo)。然而，汽車輕量化絕非是簡(jiǎn)單地將其小型化而已。首先應(yīng)保持汽車原有的性能不受影響，既要有目標(biāo)地減輕汽車自身的重量，又要保證汽車行駛的安全性、耐撞性、抗振性及舒適性，同時(shí)汽車本身

3、的造價(jià)不被提高，以免給客戶造成經(jīng)濟(jì)上的壓力。1.2 實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的主要途徑1.2.1 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目前國內(nèi)外汽車輕量化技術(shù)發(fā)展迅速，主要的輕量化措施是輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析，設(shè)計(jì)已經(jīng)融合到了汽車設(shè)計(jì)的前期。輕質(zhì)材料在汽車上的應(yīng)用，包括鋁、鎂、高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料、塑料等，并在前期與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的裝配、制造、防腐、連接等工藝的研究應(yīng)用融為一體。在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，利用cad/cae/cam一體化技術(shù)起著非常重要的作用，涵蓋了汽車設(shè)計(jì)和制造的各個(gè)環(huán)節(jié)。運(yùn)用這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化設(shè)計(jì)、制造。輕量化的手段之一就是對(duì)汽車總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車零部件的精簡(jiǎn)、整體化和輕質(zhì)化。利用cad

4、/cae/cam一體化技術(shù)，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)車身實(shí)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局設(shè)計(jì)，對(duì)各構(gòu)件的開頭配置、板材厚度的變化進(jìn)行分析，并可從數(shù)據(jù)庫中提取由系統(tǒng)直接生成的有關(guān)該車的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行工程分析和剛度、強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于采用輕質(zhì)材料的零部件，還可以進(jìn)行布局進(jìn)一步分析和運(yùn)動(dòng)干涉分析等，使輕量化材料能夠滿足車身設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。此外利用cad/cae/cam技術(shù)可以用仿真模擬代替實(shí)車進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)輕量化設(shè)計(jì)的車身進(jìn)行振動(dòng)、疲勞和碰撞分析。通過開發(fā)汽車車身、底盤、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)等大型零部件整體加工技術(shù)和相關(guān)的模塊化設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，使節(jié)能型汽車從制造到使用的各個(gè)環(huán)節(jié)都真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保。通過結(jié)合參數(shù)反演技術(shù)，多目標(biāo)全局優(yōu)化等現(xiàn)代

5、車身設(shè)計(jì)方法，研究汽車輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，包括多種輕量化材料的匹配、零部件的優(yōu)化分塊等。從結(jié)構(gòu)上減少零部件數(shù)量，確保在汽車整車性能不變的前提下達(dá)到減輕自重的目的。具體結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)有以下3個(gè)方面:1)通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小車身骨架，車身鋼板的質(zhì)量，優(yōu)化對(duì)車身強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核，確保汽車在滿足性能的前提要求下減輕自重。2)通過結(jié)構(gòu)的小型化，促進(jìn)汽車輕量化，主要通過其主要功能部件在同等使用性能不變的情況下，縮小尺寸。3)采取運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)方式的變化來達(dá)到目的。比如采用轎車發(fā)動(dòng)機(jī)前置，前輪驅(qū)動(dòng)和超輕懸架結(jié)構(gòu)等。使結(jié)構(gòu)更緊湊，或采取發(fā)動(dòng)機(jī)后置，后輪驅(qū)動(dòng)的方式，達(dá)到使整車局部變小，實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo)。1.2.

6、2 使用新型材料據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車車身、底盤(含懸掛系統(tǒng))、發(fā)動(dòng)機(jī)三大件約占一輛轎車總重量的65%以上。其中車身外、內(nèi)覆蓋件的重量又居首位。因此減少汽車車身重量對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功耗和減少汽車總重量具有雙重的效應(yīng)。為此，首先應(yīng)該在白車身制造材料方面尋找突破口。具體說來可以有如下幾種方案:1)使用密度小、強(qiáng)度高的輕質(zhì)材料，像鋁鎂輕合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等；2)使用同密度、同彈性模量而且工藝性能好的截面厚度較薄的高強(qiáng)度鋼；3)使用基于新材料加工技術(shù)的輕量化結(jié)構(gòu)用材，如連續(xù)擠壓變截面型材、金屬基復(fù)合材料板、激光焊接板材等。2高強(qiáng)度鋼在汽車輕量化中的應(yīng)用有資料表明，使用高強(qiáng)度鋼板，原厚度為1.0-1.2

7、mm的車身板可減薄至0.70.8mm，車身質(zhì)量減小15%20%，節(jié)油8%15%，為此，世界各國大力開發(fā)各種高強(qiáng)度鋼板，主要包括雙相鋼(dp鋼)板以及目前最先進(jìn)的相變誘發(fā)塑性鋼(trip)板等等。與常用的低合金高強(qiáng)度鋼相比， 在相同強(qiáng)度級(jí)別下， dp鋼具有低的屈強(qiáng)比、較高的伸長(zhǎng)率（均勻伸長(zhǎng)率和斷裂伸長(zhǎng)率）以及很高的加工硬化率。其高的伸長(zhǎng)率是由于在軟的純鐵素體基體內(nèi)分散細(xì)小的硬馬氏體或貝氏體顆粒所致。dp鋼在維持高強(qiáng)度的條件下， 其伸長(zhǎng)率比一般微合金鋼和烘烤硬化鋼或含磷鋼好，因此雙相鋼具有良好的成型加工性能， 避免了常用的普通低碳鋼成型過程中存在的形狀穩(wěn)定性彈性后效低的缺陷， 非常適合制造汽車零部

8、件， 如車身覆蓋件以及底盤結(jié)構(gòu)件等。高強(qiáng)度低合金系列中的trip鋼是一種新型汽車結(jié)構(gòu)用鋼， 它利用組織中存在的殘余奧氏體在應(yīng)力應(yīng)變作用下向馬氏體轉(zhuǎn)變而誘發(fā)相變塑性， 同時(shí)又達(dá)到強(qiáng)化目的， 具有優(yōu)異的可成型性和高強(qiáng)度。因此trip鋼具有良好的塑性，能沖制出形狀復(fù)雜的零件。與其他沖壓用鋼板相比，trip鋼有良好的加工硬化和烘烤硬化性能，采用它制造車身零件可以提高疲勞性能和抗撞性能，并且可以減少鋼板的厚度從而減輕汽車的質(zhì)量，對(duì)節(jié)約能源、減少排放和提高安全性有顯著效果。3輕質(zhì)材料在汽車輕量化中的應(yīng)用3.1 輕質(zhì)金屬材料在汽車輕量化中的應(yīng)用3.1.1鋁合金在汽車上的應(yīng)用及特點(diǎn)3.1.1.1鋁合金的特點(diǎn)鋁

9、是人們最熟悉的金屬之一，在純鋁中加入cu、mg、zn、si、mn、稀土等合金元素配制成各種鋁合金，再用強(qiáng)化措施來提高其強(qiáng)度、硬度、疲勞性能等材料綜合性能，以滿足工程應(yīng)用的需要。與鋼鐵相比，鋁合金具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性好、耐腐蝕性好、易于加工等特點(diǎn)。而且鋁材幾乎可以全部回收，重新加工使用，有利于環(huán)境保護(hù)；有些鋁合金材料的物理性能已與車用鋼材相似，具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛度。鋁合金零部件的應(yīng)用，可以大大減輕整車質(zhì)量，根據(jù)美國鋁學(xué)會(huì)的報(bào)告，汽車上每使用0.45kg鋁就可減輕車重lkg，理論上鋁制汽車可以比鋼制汽車減重40%左右。因?yàn)殇X合金具有以上優(yōu)點(diǎn)，所以鋁合金成為近二十年來在國內(nèi)外汽車上使用最多的輕量化材料

10、。在歐美產(chǎn)轎車中，平均使用鋁材量達(dá)到了200kg左右，鋁化率約為20%。國內(nèi)轎車工業(yè)用鋁也呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，1993年國內(nèi)轎車工業(yè)用鋁量?jī)H為4萬噸，2003年為28萬噸，2005年，上升到34.6萬噸。預(yù)計(jì)到2010年，我國轎車工業(yè)用鋁將達(dá)到99.6萬噸。3.1.1.2鋁合金在汽車上的應(yīng)用用于汽車上的鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金在汽車上的使用量最多，主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤部件(見表1)，變形鋁合金包括鍛造鋁合金和鋁合金板材等，主要應(yīng)用于車身和熱交換系統(tǒng)部件(見表2)。2000年鑄造鋁合金的質(zhì)量占整車質(zhì)量的4%，2006年這一比例已上升到了8%；鍛造

11、鋁合金的這一比例由原來的2%上升至6%，而鋁合金板材由1.7%上升到了4%。表1 汽車用鑄造合金的主要部件系統(tǒng)部件系統(tǒng)零件名稱發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、活塞、進(jìn)氣管、水泵殼、發(fā)電機(jī)殼、起動(dòng)機(jī)殼、搖臂、搖臂蓋、濾清器底座、發(fā)動(dòng)機(jī)托架、正時(shí)鏈輪蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、分電器座等底盤傳動(dòng)系統(tǒng)變速箱殼、離合器殼、連接過渡板、換檔撥叉等底盤行駛和控制系統(tǒng)橫梁、上臂、下臂、轉(zhuǎn)向器殼、制動(dòng)分泵殼、制動(dòng)鉗、車輪、操縱叉等其他系統(tǒng)部件離合器踏板、制動(dòng)踏板、方向盤、轉(zhuǎn)向節(jié)、發(fā)動(dòng)機(jī)框架、abs 系統(tǒng)部件表2 汽車用變形鋁合金的主要部件系統(tǒng)部件系統(tǒng)零件名稱車身系統(tǒng)部件發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂蓬、車門、翼子板、行李箱蓋、地板、車身骨架

12、及覆蓋件等熱交換器系統(tǒng)部件發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器、機(jī)油散熱器、空調(diào)冷凝器和蒸發(fā)器等其他系統(tǒng)部件沖壓車輪、座椅、保險(xiǎn)杠、車廂底板及裝飾件等1）發(fā)動(dòng)機(jī)一般情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)約占整車重的18%，發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化是整車輕量化的重要組成部分。鋁合金作為制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)材料有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn):一是質(zhì)量輕，采用鑄鋁合金來代替鑄鐵生產(chǎn)氣缸體，6缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)缸體可以減輕質(zhì)量66.588kg(見表3)，較大幅度地減輕了汽車自身質(zhì)量；二是它的導(dǎo)熱性比鑄鐵好。使用鋁制氣缸蓋和氣缸體可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，提高其熱效率，從而改善和提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。表3 鋁鑄件代替鑄鐵件的質(zhì)量對(duì)比表零件名稱鑄鐵件質(zhì)量kg鋁鑄件質(zhì)量kg質(zhì)量比發(fā)動(dòng)機(jī)缸

13、體8012013. 5323. 84. 4 :1發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋18276. 811. 42. 42. 7 :1進(jìn)氣歧管3. 518. 01. 89. 02 :1轉(zhuǎn)向機(jī)殼3. 64. 51. 41. 82. 52. 6 :1傳動(dòng)箱殼13. 523. 05. 08. 22. 72. 8 :1制動(dòng)轂5. 59. 01. 83. 62. 53. 1 :1水泵殼1. 85. 80. 72. 32. 42. 6 :1油泵殼1. 42. 30. 50. 92. 62. 8 :1發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋、活塞、連桿、搖臂等零部件早已跟隨汽車工業(yè)的發(fā)展需要，用鋁合金材料替代了黑色金屬材料?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞幾乎都用鋁合金制造，

14、材料以共晶鋁硅合金為主，采用重力鑄造、液態(tài)模鍛、鍛造等方法制造成型。國外常用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的鋁合金為asm319(美)而中國為zl101合金，其鑄造方法為金屬型重力鑄造和低壓鑄造工藝。英國陸虎的高精度鋁缸蓋鑄件，其質(zhì)量?jī)H是鑄鐵缸蓋的6%，切削量減少20%。目前，轎車發(fā)動(dòng)機(jī)部件中不僅活塞、散熱器、氣缸蓋等部件采用鋁合金材料，而且缸體、油底殼甚至氣缸套和連桿也開始采用鋁合金材料。日本、德國等國外的一些汽車公司根據(jù)汽車輕量化發(fā)展的需要，已開發(fā)或使用了全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)，比如日產(chǎn)的vq發(fā)動(dòng)機(jī)，寶馬的m52直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，奔馳的v6和v8發(fā)動(dòng)機(jī)、奧迪a8的v8發(fā)動(dòng)機(jī)等。2）車身汽車車身的重量約為汽車總質(zhì)量的30

15、%。所以汽車車身的輕量化對(duì)于減輕汽車自重具有非常重要的意義。在汽車車身上主要使用的是變形鋁合金(見表2)。上世紀(jì)80年代，鋁合金板材開始用于車身發(fā)動(dòng)機(jī)罩、翼子板、頂蓋。隨著沖壓和成形技術(shù)的發(fā)展，鋁合金板材逐漸被應(yīng)用于車門、行李箱蓋、車廂底板、車身框架、保險(xiǎn)杠等更多的車身部件。德國大眾公司于1999年推出新型奧迪a2轎車，該車榮獲2000年歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)獎(jiǎng)，是世界上第一款大批生產(chǎn)的全鋁車身轎車，車身采用全鋁空間框架車身asf，整車鋁外殼，從前頂柱到行李艙邊，包括車門手把都是用鋁合金沖壓成型。該車采用鋁材使整車質(zhì)量比傳統(tǒng)鋼制車身減輕40%以上，僅有895kg，空氣阻力系數(shù)僅為0.25，平均油耗降至每

16、百公里3升。2002年推出的全新奧迪a8通過使用性能更好的大型鋁鑄件和液壓成型部件，車身零件數(shù)量從50個(gè)減至29個(gè)，車身框架完全閉合。這種結(jié)構(gòu)不僅使車身的扭轉(zhuǎn)剛度提高了60%，還比同類車型的鋼制車身車重減少50%。就鋁合金板材的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)看，強(qiáng)度高、成形加工性好、表面質(zhì)量?jī)?yōu)良的鋁合金板材將取代鋼板成為汽車車身的主要材料。3）底盤鋁合金在汽車底盤上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在車輪和懸掛系統(tǒng)零件上。車輪是車輛承載的重要安全部件，對(duì)其安全性要求很高。鋁合金輪轂較鋼制輪轂平均輕2kg左右，其溫度比鋼制輪圈平均低25%，當(dāng)車速為60km/h時(shí)可省油5%-7%。鋁合金輪轂在汽車上得到廣泛采用，正逐步代替長(zhǎng)期占主導(dǎo)地

17、位的鋼制車輪。1999年，北美轎車和輕型卡車輪轂鋁化率達(dá)53%，預(yù)計(jì)2010年北美汽車鋁合金輪轂的市場(chǎng)占有率將上升到70%以上。2002年至今，由于我國汽車制造業(yè)快速發(fā)展，汽車鋁輪行業(yè)出現(xiàn)了強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)頭。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)車輪委員會(huì)公布的數(shù)據(jù)顯示， 2003年我國生產(chǎn)汽車鋁合金車輪2300萬件，出口1200萬件；2005年生產(chǎn)汽車鋁合金車輪4500萬件，出口2300萬件。懸掛系統(tǒng)中的汽車下擺臂、上擺臂、橫梁、轉(zhuǎn)向節(jié)類零件均可用鋁材制造，可以顯著減輕非懸掛重量，從而改善汽車的行駛穩(wěn)定性、乘坐舒適性和安全性等。寶馬5系轎車和奔馳s級(jí)轎車采用全鋁懸架支架，使懸掛質(zhì)量減輕了15%。3.1.2鎂合金在汽

18、車上的應(yīng)用及特點(diǎn)3.1.2.1鎂合金的特點(diǎn)鎂的比重約為1.7g/cm3，是目前在工程應(yīng)用領(lǐng)域中最輕的金屬，鎂合金也是目前工業(yè)上可用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。它可在鋁合金零件減重效果的基礎(chǔ)上，再減重l5%20%，對(duì)于汽車減重是非常理想的金屬材料。與其他普通的金屬結(jié)構(gòu)材料和工程塑料相比，鎂合金具有質(zhì)量密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、熔點(diǎn)低、鑄造性和阻尼減震性好、熱導(dǎo)率高、尺寸穩(wěn)定性高、電磁屏蔽性能好以及回收利用率高等優(yōu)點(diǎn)。另外，鎂在自然界中具有豐富的蘊(yùn)藏量，是地球上排位第8的富有元素，其含量約占地殼質(zhì)量的2.8%，它也是海水中的第3富有元素，約占海水質(zhì)量的0.13%，是取之不盡的資源。充裕的鎂資源為推進(jìn)鎂合

19、金在汽車上的應(yīng)用和普及提供了良好的平臺(tái)。3.1.2.2鎂合金在汽車上的應(yīng)用從上世紀(jì)90年代開始，歐美、日本的汽車公司都逐漸開始把鎂合金用于許多汽車零件上。到目前為止，汽車上共有60多個(gè)零部件采用鎂合金。按使用部位性質(zhì)的不同，分為殼類和架類兩類零件。殼類零件采用高塑性的鎂合金不僅可減輕質(zhì)量，且由于鎂合金的阻尼衰減能力強(qiáng)，還可提高汽車抗振動(dòng)及耐碰撞性能，降低汽車運(yùn)行時(shí)的噪音；主要包括氣缸蓋、離合器殼、變速器殼、濾油器殼、空氣濾清器殼、分動(dòng)器殼、增壓器殼、燈罩等。架類零件包括方向盤、儀表盤、風(fēng)扇架、擋泥板架、踏板托架、轉(zhuǎn)向支架、剎車支架、燈托架、座椅架、車身支架、車門框架、輪轂等。其中儀表盤基座、座

20、位框架、方向盤軸、發(fā)動(dòng)機(jī)閥蓋、變速箱殼、進(jìn)氣歧管、汽車車身等7個(gè)部件鎂合金的使用率最高。鎂合金壓鑄件在國外的汽車產(chǎn)品上應(yīng)用量增長(zhǎng)最快，鎂合金已成為僅次于鋁合金鑄件的重要的汽車產(chǎn)品材料。目前，歐美轎車上鎂合金平均用量大約為40kg/輛。我國經(jīng)過“十五”鎂合金重大專項(xiàng)攻關(guān)，在一些車型上已采用鎂合金變速箱殼體、方向盤骨架等。長(zhǎng)安微車上單車使用鎂合金已達(dá)到9kg，是目前鎂合金用量最大的微車。預(yù)計(jì)到2010年，重慶長(zhǎng)安生產(chǎn)的每輛小汽車，都將用上20kg左右的鎂合金材料。目前，應(yīng)用鎂合金的主要障礙是鎂合金的價(jià)格高，防腐處理以及六方結(jié)構(gòu)鎂合金變形能力較差等問題，隨著鎂合金材料應(yīng)用的擴(kuò)大，這些問題將會(huì)逐步解決

21、。3.1.3鈦合金在汽車上的應(yīng)用鈦是上世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬。鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高、無磁性和超導(dǎo)性等特點(diǎn)在航天航空等尖端科技方面發(fā)揮著重要作用。但目前由于鈦合金材料價(jià)格高，加工條件復(fù)雜，在汽車上的應(yīng)用還不夠普及，僅應(yīng)用于賽車和豪華車上。鈦合金在汽車零件中的應(yīng)用主要有:鈦合金連桿，意大利新型法拉利3.5升v8發(fā)動(dòng)機(jī)首次使用鈦合金連桿，比鋼制連桿輕30%；鈦合金氣門，用鈦合金制成的氣門比鋼制氣門輕3040%，可提高極限轉(zhuǎn)速20%；鈦合金彈簧，鈦合金可用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧、懸架彈簧上。用鈦合金制造板簧，與抗拉強(qiáng)度達(dá)2100mpa的高強(qiáng)度鋼相比，可降低自重20%。除

22、此以外，鈦合金還應(yīng)用于制造凸輪軸、車輪、氣門座圈、渦輪轉(zhuǎn)子、排氣系統(tǒng)零件等。3.2非金屬材料在汽車輕量化中的應(yīng)用塑料因其具有以下幾個(gè)特點(diǎn)密度小、比強(qiáng)度高。對(duì)酸、堿、有機(jī)溶劑等都具有良好的抗腐蝕能力。良好的絕緣性能。良好的減摩、耐磨和自潤(rùn)滑性能。良好的吸振性能。易加工成型。塑料制品能吸收大量的碰撞能量,對(duì)強(qiáng)烈撞擊有較大的緩沖作用。,上述特點(diǎn)使其在汽車材料中的應(yīng)用比例不斷增加，如今，汽車塑料化已是一個(gè)國家汽車工業(yè)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。塑料在汽車上的應(yīng)用包括保險(xiǎn)杠、翼子板、裝飾件、散熱器面罩、油管、燃油箱和儀表板等。汽車用塑料零部件主要有3類：內(nèi)飾件、外飾件和其它結(jié)構(gòu)功能件。塑料生產(chǎn)商還在設(shè)法更多

23、地用塑料來制造車廂地板、車窗、轉(zhuǎn)向軸、彈簧、車輪、軸承和其他功能件。汽車塑料品種有聚乙烯、聚丙烯、abs、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、san及聚氨酯等，一般使用的都是它們的改性材料和復(fù)合材料。3.2.1塑料在汽車中的應(yīng)用3.2.1.1內(nèi)飾件汽車內(nèi)飾件所用塑料量已占整車用塑料量的一半左右。汽車塑料內(nèi)飾件特別強(qiáng)調(diào)觸覺、手感、舒適性和可視性等特點(diǎn)，其所用材料應(yīng)滿足表面不反光、無異味、不產(chǎn)生致使車玻璃變模糊的物質(zhì)、表面污物易除去、阻燃性好等要求。以前的汽車內(nèi)飾件應(yīng)用較多的有pvc、abs和pu等。目前，在儀表板、內(nèi)護(hù)板和座椅中，pvc已逐漸被其它塑料所取代，門內(nèi)手柄、

24、雜物箱、門檻飾條及其它零件已更多地使用改性pp、abs、smc及塑料合金等。目前，汽車內(nèi)飾件主要有儀表板、方向盤、安全氣囊、座椅、車門內(nèi)板和頂棚等。1)儀表板汽車儀表板在汽車內(nèi)飾中起著安裝儀表、收錄機(jī)、空調(diào)開關(guān)、暖風(fēng)及各種燈具開關(guān)的作用。目前使用的儀表板主要為硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種。硬質(zhì)儀表板一般用pp、pc、abs和abs/pc等材料一次性注射成型，并有很多零件拼裝而成。此類儀表板表面質(zhì)量要求很高，對(duì)材料要求耐濕、耐熱且剛性好、不易變形，但由于目前多采用多點(diǎn)注射成型，易形成流痕和粘接痕，容易產(chǎn)生色差，因此表面需經(jīng)涂裝才能使用。高檔儀表板追求質(zhì)感，故在儀表板表面裝飾一部分桃木飾紋也是一種發(fā)展方向。軟質(zhì)

25、儀表板外表皮采用真空成形后，中間填充緩沖類發(fā)泡材料(如pu)，并與金屬或塑料骨架固定而成，也有外表皮采用搪塑后與半硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、骨架固定的方式。一般檔次的汽車，如桑塔納、一汽捷達(dá)，其骨架材料用硬紙板、木材；時(shí)代超人和武漢富康用的是pc/abs合金；奧迪和一汽紅旗則采用鋼板骨架；也有用abs、改性pp或frp做骨架等。表皮材質(zhì)可有兩種選擇，一種為軟聚氯乙烯與abs共混后采用壓延薄片而成；另一種為軟聚氯乙烯與abs采用復(fù)合薄片的形式，兩種薄片的表面都可以壓延成所需的裝飾性花紋，如桑塔納、捷達(dá)及富康均采用pvc/abs，并帶有皮紋。半硬質(zhì)緩沖類發(fā)泡材料pu的開孔性使得此類儀表盤具有良好的回彈性

26、，并能吸收50%70%的沖擊能量，且安全性高，耐熱、耐寒、堅(jiān)固而耐用，手感好。但是由幾種材料構(gòu)成的軟質(zhì)儀表板的再生利用極為困難，因此正在發(fā)展用熱塑性聚烯烴tpo表皮和改性聚丙烯pp骨架及聚丙烯發(fā)泡材料構(gòu)成的儀表板。如本田公司正在開發(fā)的新型civic車儀表板就已使用tpo材料，并準(zhǔn)備在內(nèi)飾件中逐步取代pvc。歐洲汽車儀表板以abs/pc及增強(qiáng)pp為主；美國汽車多用苯乙烯/順丁烯二酸酐sma，這種材料耐熱、耐沖擊，并具有良好的綜合性能；日本汽車的儀表板曾采用過abs及增強(qiáng)pp材料，目前以玻璃纖維增強(qiáng)的san為主，也有采用耐熱性更好的改性ppe。visteon公司在用tpo、pu2t或pvc制造儀表

27、板時(shí)，采用層壓注塑技術(shù)，使儀表板表面在一次成型中各部位硬度不同，如馬自達(dá)公司2002年開發(fā)的tribute車就采用了此種儀表板。2)方向盤方向盤一般采用自結(jié)皮硬質(zhì)pu泡沫材料高壓或低壓發(fā)泡而成。方向盤結(jié)構(gòu)要求挺拔、堅(jiān)固、輕便、外韌內(nèi)軟，并能耐熱、耐寒、耐光和耐磨，包覆物多用改性pp、pvc、pu和abs等樹脂。骨架一般選用鋼骨架與鋁壓鑄而成，從輕量化考慮，有用玻璃纖維增強(qiáng)pa替代鐵芯的趨勢(shì)。為了追求豪華、舒適和手感，方向盤表面部分增加了桃木飾紋或真皮包皮等。我國生產(chǎn)的方向盤基本都是半硬質(zhì)自結(jié)皮聚氨酯泡沫塑料作為外覆蓋件，內(nèi)部由鋼骨架經(jīng)焊接而成，固定在鋁合金模具或低熔點(diǎn)合金模具內(nèi)經(jīng)發(fā)泡機(jī)注壓為成

28、品。3)安全氣囊為保證駕駛員和前排乘客的安全性，許多轎車設(shè)置有安全氣囊。2000年北美生產(chǎn)的汽車約9%在車門和座椅部位安裝了側(cè)面安全氣囊，3%安裝了簾式氣囊，而到2005年則可能分別達(dá)到50%和26%。同時(shí)歐洲和亞洲的汽車廠商也在增加側(cè)面和簾式氣囊，因此安全氣囊的應(yīng)用量將不斷增加。氣囊材料不僅要能承受高低溫的考驗(yàn)，同時(shí)要有高的沖擊強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度。目前安全氣囊主要由橡塑材料構(gòu)成，如大眾汽車公司lupo型車的安全氣囊外套就采用了杜邦公司的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)尼龍66-zytelefe8089來制造。近來國外也有報(bào)導(dǎo)用akulon(pa6、pa66)以及amitel (tpe-e)來制造安全氣囊。汽車安全氣囊

29、蓋板現(xiàn)已有用聚酯彈性體tpee來制造，它是由lg化學(xué)公司依靠自有的合成和共混技術(shù)獨(dú)立開發(fā)的，兼具橡膠的柔韌性和工程塑料的強(qiáng)度及熱可塑性，此外，還有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和耐候性能。在汽車工業(yè)領(lǐng)域，sl-5047d、sm-5047d、sm-5055d三種型號(hào)產(chǎn)品是生產(chǎn)氣囊蓋板的首選原材料，現(xiàn)已被韓國現(xiàn)代及起亞汽車所采用。4)座椅及其配套系統(tǒng)座椅上的高分子材料有表皮、骨架和緩沖墊。表皮材料可選用pvc人造革、各種化纖紡織品、真皮、真絲和毛織品。目前采用較多的是紡織物+pu+針織合成纖維，而座墊及靠背則基本上是由軟質(zhì)pu發(fā)泡制成。座椅緩沖材料為模壓發(fā)泡的軟質(zhì)高彈性pu。軟質(zhì)pu發(fā)泡材料可用熱硫化層和冷硫化法

30、生產(chǎn)，但從設(shè)備投資和材料性能考慮，目前多用冷硫化法生產(chǎn)。dupont公司和quantunm集團(tuán)聯(lián)合開發(fā)的熱塑性聚酯彈性體不僅有良好的抗蠕變性、沖擊性、抗疲勞性，還有良好的低溫彈性，用它制作座椅比用傳統(tǒng)的泡沫塑料座椅更輕，省去泡沫塑料座椅必須的彈簧，可明顯地改善乘座的舒適度。plporter公司生產(chǎn)的自動(dòng)座椅靠背調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用了長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)尼龍66，其拉伸和壓縮強(qiáng)度均符合要求；使用玻纖增強(qiáng)尼龍66制作傾斜杠桿，除可減少磨損還可降低1/3的成本。5)車門內(nèi)板車門內(nèi)板的構(gòu)造基本上類似于儀表板，由骨架、發(fā)泡材料和表皮材料所構(gòu)成。以國產(chǎn)紅旗和奧迪轎車為例，車門內(nèi)板的骨架部分均由abs注塑而成，再襯pu發(fā)泡材

31、料的針織滌綸表皮，以真空成形的方法復(fù)合在骨架上形成一體。最近開發(fā)成功的低壓注射-壓縮成型方法，是把表皮材料放在還未凝固的聚丙烯毛坯上，經(jīng)過壓縮層壓成為門內(nèi)板。表皮材料為襯有pp軟泡層的tpo，這類門板易回收再生。中低檔轎車的門內(nèi)板可用木粉填充改性pp板材或廢纖維層壓板表面復(fù)合針織物的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，即沒有發(fā)泡緩沖結(jié)構(gòu)，有些貨車上甚至使用直接貼一層pvc人造革的門內(nèi)板。在美國，門內(nèi)裝飾板用abs或pp注塑成形的居多，我國國產(chǎn)斯太爾王也使用同類技術(shù)。歐洲汽車內(nèi)飾板一般采用增強(qiáng)聚丙烯pp板材放填充物再包皮的結(jié)構(gòu)，填充材料大多數(shù)采用薄的聚氨酯泡沫塑料片，表皮材料為pvc，也有使用織物的趨向。近年來，車門內(nèi)飾

32、板為滿足耐候性和柔軟性，已開始使用熱塑性彈性體與pp泡沫板相疊合的結(jié)構(gòu)。日本開發(fā)了一種沖壓成型連續(xù)生產(chǎn)全pp車門內(nèi)飾板的技術(shù)，門板包括pp內(nèi)襯板、pp泡沫襯熱層和pp/epdm皮層結(jié)構(gòu)；另外，設(shè)計(jì)者為了有效提高駕駛室的可利用空間，采用車門內(nèi)板與車門扶手一體化造型，應(yīng)用改性pp或abs做骨架材料，再復(fù)合軟材料制成整體門內(nèi)板，國產(chǎn)“黃河王子”現(xiàn)已采用了該技術(shù)。6)頂棚車內(nèi)頂棚是內(nèi)飾件中材料和品種花樣最多的一種復(fù)合層壓制品。它的作用除裝飾功能外，還起著隔熱、隔音等特殊功能。頂棚由基材和表皮構(gòu)成?；囊筝p量、剛性高、尺寸穩(wěn)定和易成型等特點(diǎn)，為此，一般使用熱塑性聚氨酯發(fā)泡內(nèi)材，如pp發(fā)泡片材、玻璃纖維

33、瓦楞紙和蜂窩狀塑料帶等。表皮材料可用織物、無紡布、tpo和pvc等。我國轎車頂棚一般使用tpu發(fā)泡片材、玻璃纖維及無紡滌綸布等材料層壓成型。3.2.1.2外飾件傳統(tǒng)的汽車外飾件是由金屬合金制造的，然而金屬易產(chǎn)生腐蝕，若改用塑料，廠商不僅能夠降低生產(chǎn)成本，開發(fā)出更時(shí)尚和更符合空氣動(dòng)力學(xué)的外型，而且可大大減輕汽車的質(zhì)量。目前，汽車外飾件主要有:汽車保險(xiǎn)桿、車身面板、汽車窗、翼子板和汽車照明燈具等。1）汽車保險(xiǎn)杠保險(xiǎn)杠是轎車的主要外飾件之一，也是使用塑料較多的部件，常用材料有smc、gmt(玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料)和改性pp等。現(xiàn)在的保險(xiǎn)杠有的直接采用注塑成型，如桑塔納和奧迪2100等的保險(xiǎn)杠。但大多是

34、由骨架和面板兩部分組成。面板多是以改性pp或pc/pbt合金制造，如桑塔納轎車的面板材料采用共聚丙烯加熱塑性彈性體(pp/epdm)，再加入助劑，經(jīng)注塑成型。用pp/epdm制成的汽車保險(xiǎn)杠具有剛性高、沖擊性能好、耐損傷性、光澤和彈性較好及易涂裝性等性能，在汽車高速行駛時(shí)受到?jīng)_撞不易破碎，且裝飾美觀。國外不少中高檔轎車保險(xiǎn)杠采用的是pc/pbt合金制成的，用此材料不僅機(jī)械性能好，而且沖擊強(qiáng)度比pp+彈性體高出許多，并易于焊接和涂裝。如美國ge公司的pbt/pc合金，其中的xenoy-xt尤適用于汽車保險(xiǎn)杠。daimler-chrysler公司的town、country和caravan車的后保險(xiǎn)

35、杠就使用了該種塑料合金。目前世界上幾家生產(chǎn)工程塑料的大公司，如拜耳和巴斯夫等公司生產(chǎn)此類材料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，塑料保險(xiǎn)杠目前已占世界汽車保險(xiǎn)杠用料的90%以上，就目前的發(fā)展來看，改性pp或pc/pbt合金不利于回收利用，所以國外有汽車公司采用單一的熱塑性彈性體(tpe)來制造汽車保險(xiǎn)杠的面板，而用玻纖增強(qiáng)pp來制造骨架材料，因都是同一族的材料，有利于回收再循環(huán)使用。目前世界保險(xiǎn)杠市場(chǎng)采用tpe已經(jīng)占有了53%的份額。2）車身面板根據(jù)國外的研究表明，塑料車身材料的整體技術(shù)要求為:阻燃性好、耐熱性高、耐化學(xué)腐蝕性好、可在線噴涂、成型收縮率低、尺寸穩(wěn)定性好及低溫沖擊強(qiáng)度高等。塑料車身面板最常用的塑料有smc

36、、rim聚氨酯和其他熱塑性塑料，這3種體系都需用玻璃纖維增強(qiáng)其剛性和功能。塑料首次在面板中應(yīng)用的是雪佛蘭的corvette(smc技術(shù))，然后是pontiac的fiero (rim技術(shù))，通用汽車的saturn是最早使用熱塑性塑料的。杜邦公司開發(fā)的車身塑料板材以玻纖增強(qiáng)為主，所應(yīng)用的部件包括前后蓋、車門、車身垂直板、擋風(fēng)板、輪胎護(hù)板、裝飾邊梁甚至整個(gè)車身。美國通用和杜邦等公司已開發(fā)出數(shù)種塑料車身板材，有些在整車或概念車中得到了實(shí)際應(yīng)用，有些專用材料尚屬于試驗(yàn)階段。如ge塑料公司開發(fā)的車身專用料xenoy是pc/pbt聚酯合金材料，其非結(jié)晶的pc保證了面板的沖擊性和韌性，結(jié)晶的pbt提高了面板的

37、耐熱性、耐腐蝕性和抗紫外線性能。專用料norylgtx是ppo/pa合金材料，其具有聚苯醚的耐化學(xué)腐蝕性和尼龍的高流動(dòng)性。該公司開發(fā)的第二代solix彩色熱塑性塑料被用來制作車上面板，不僅表面硬度高，光澤度如同金屬面板，且耐腐蝕性也比金屬面板好得多。pet價(jià)格便宜、容易回收，近幾年在國外汽車中的應(yīng)用也有了較大進(jìn)展，如daimler-chrysler公司的復(fù)合材料概念車就選擇了pet作為車身材料，還首先將pet車身技術(shù)商業(yè)化并應(yīng)用于該公司2001年wangler吉普車的頂蓋，比用smc頂蓋減輕質(zhì)量近30%，成本降低10%，生產(chǎn)效率提高30%。此外，塑料/金屬復(fù)合材料也被廣泛用來制造各種車身面板件

38、，如ford公司與misslbeck公司合作，在2000年的fucus車上就采用這種塑料/金屬復(fù)合材料制成了格柵加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。國內(nèi)塑料車身板件的應(yīng)用主要集中在大客車頂蓋和后圍板，全塑車身轎車尚未形成批量；目前車身外板件多采用frp材料為主，部分車型車身部件采用smc材料工藝。國內(nèi)smc車身外板件較成熟的工藝為手糊fpr和smc，rtm工藝應(yīng)用較少，而熱塑性注射成型外板件幾乎為零。3）汽車窗車用玻璃的面積從20世紀(jì)50年代的212m2逐漸增加到20世紀(jì)90年代的319m2，21世紀(jì)車用玻璃面積有了新的增長(zhǎng)。目前汽車窗玻璃大多數(shù)仍以鋼化玻璃制成，它比塑料重兩倍，所以窗玻璃塑料化也是減輕整車質(zhì)量的又一手

39、段。但車用玻璃塑料化必須解決其尺寸穩(wěn)定性、耐表面劃傷和耐光老化等問題。國外主要通過表面處理以提高塑料玻璃窗的耐劃傷性和耐候性，如采用硅系表面涂硬劑，隨著硅系、鈦系及陶瓷硬化涂覆劑的開發(fā)，塑料玻璃表面性能不斷提高。日前，德國拜耳聚合物公司和美國ge塑料公司合資的exatec公司推出了業(yè)內(nèi)第一個(gè)進(jìn)入市場(chǎng)的聚碳酸酯汽車窗專用塑料系統(tǒng)exatec500，該系統(tǒng)具有杰出的耐候性和耐磨性。據(jù)報(bào)導(dǎo)，battenfeld公司與sunnerer technology公司也已開發(fā)出低成本，采用pc生產(chǎn)大型塑料車窗的新方法。聚碳酸酯車用玻璃窗塑料化具有以下特點(diǎn):減小自身質(zhì)量，與普通玻璃相比較，自身質(zhì)量降低了50%；

40、汽車的質(zhì)心降低，提高了行車安全性；節(jié)油；光學(xué)性能與常用玻璃相當(dāng)；隔聲效果優(yōu)異，可有效地阻隔由風(fēng)和外部等產(chǎn)生的高頻噪聲。據(jù)ge公司人士指出，采用pc汽車窗還可以革新窗的設(shè)計(jì)和安裝位置，以及開啟窗戶的機(jī)械系統(tǒng)，加上汽車發(fā)生碰撞事故時(shí)窗戶不會(huì)傷及人員等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用前景看好。4）翼子板法國巴黎的標(biāo)致-雪鐵龍汽車公司采用熱塑性塑料生產(chǎn)的塑制翼子板比鋼制翼子板質(zhì)輕1kg以上，且前者有更好的沖擊性能，這有助于提高轎車的保險(xiǎn)等級(jí)。ge公司出品的norylgtx品級(jí)尼龍改性聚苯基醚(ppe/pa)是用于生產(chǎn)汽車翼子板最常用的熱塑性塑料。而美國雷諾(renault)汽車公司也已宣布將來其生產(chǎn)的汽車將全部采

41、用塑料翼子板。目前也大量采用熱固性復(fù)合材料來生產(chǎn)汽車翼子板，如最先在espace牌客貨兩用車以及avantime牌5座雙門小客車上使用了塑料翼子板；法國標(biāo)致307型小轎車上也已安裝了塑料翼子板；意大利菲亞特(fiat)汽車公司也將采取同樣的方法；德國大眾(volkswagen)汽車公司于2002年新推出的phaeton牌旗艦豪華轎車采用了聚氨酯翼子板，并利用原廠生產(chǎn)設(shè)備將這種聚氨酯翼子板安裝在touareg牌多功能運(yùn)動(dòng)車(suv)上；美國通用汽車公司(generalmotors)生產(chǎn)的雪佛蘭(chev-rolet)汽車也已裝備聚氨酯翼子板。5）汽車照明燈具汽車照明燈具以塑料替代金屬，不僅可減輕

42、質(zhì)量，并使造型更加變化多樣。目前汽車照明燈具塑料件占整燈的質(zhì)量已由原來的10%上升到90%以上。制造汽車燈具用的塑料要求具有耐熱性、沖擊性能好、耐熱老化、耐環(huán)境應(yīng)力開裂和良好的光學(xué)性能等，用于車燈配光鏡的材料還要求具有優(yōu)良的透明性。在轎車前照燈配光鏡pc材料選擇應(yīng)用上，必須選用專門用于車燈的光學(xué)型透明pc，其透光率必須在90%以上，并且有長(zhǎng)期抗黃色指數(shù)衰變的能力。由于pc材料耐磨性差，還必須配合使用專門用于車燈pc的超硬涂膜，從而進(jìn)一步提高了耐擦傷性和耐候性。在車燈信號(hào)燈配光鏡材料的選擇上，材料顏色的耐氣候老化是一個(gè)重要的選擇因素，所以在信號(hào)燈的配光鏡材料上大部分應(yīng)用了耐候性材料pmma。時(shí)代

43、超人的全塑燈具，其前照燈無花紋光亮設(shè)計(jì)的配光鏡采用了光學(xué)級(jí)pc注塑成型并加上超硬涂膜替代了原先的無機(jī)玻璃配光鏡。反射鏡使用熱固性塑料bmc取代原先的鋼板材料。燈具的全塑設(shè)計(jì)使整車的外觀更加亮麗，并可使前照燈整燈質(zhì)量減輕1/3。除了pc和pmma材料外，改性pp、abs、pa和pom等塑料品種根據(jù)各自零件功能的不同在全塑燈具中都有不同程度的應(yīng)用。3.2.1.3其它車用塑料件除了內(nèi)飾件和外飾件外，其它不少車用零部件也開始使用塑料，典型件如:發(fā)動(dòng)機(jī)及其周邊零件、燃油系統(tǒng)、汽車底盤、汽車門鎖和汽車輪胎等。1)發(fā)動(dòng)機(jī)周邊用塑料制品塑料在制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上起著重要的作用，從空氣吸入系統(tǒng)到冷卻系統(tǒng)，再到發(fā)動(dòng)部

44、件，塑料使發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)更易設(shè)計(jì)，更易組裝及質(zhì)量更輕。發(fā)動(dòng)機(jī)周邊零件塑料化比內(nèi)外飾件晚20年左右，究其原因是發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)環(huán)境條件苛刻的影響所致。發(fā)動(dòng)機(jī)周邊部件通常要耐-40140環(huán)境溫度、耐砂石沖擊、耐鹽霧腐蝕及各種油和洗滌劑，因此對(duì)其所用的塑料性能提出了更高的要求，目前用得最多的材料是玻纖增強(qiáng)pa?，F(xiàn)將已應(yīng)用的與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)的典型塑料制品作介紹如下。(1)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng)與燃料混合的空氣質(zhì)量至關(guān)重要，會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命及發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性等。由于雜質(zhì)可能通過空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，在精密的發(fā)動(dòng)機(jī)組件上沉積并降低發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，因此保證空氣的潔凈非常重要。將尼龍和聚丙烯用于空氣過濾系統(tǒng)能夠把灰塵從空氣中分

45、離出去。目前，除了空氣凈化裝置包含很多源自尼龍類的塑料，大量氣體、流體的節(jié)流閥也由特種聚丁烯對(duì)苯二酸酯和聚氨酯等塑料制造。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中主要的進(jìn)氣歧管以往由鑄鐵或鋁合金制造，其內(nèi)壁粗糙，使用時(shí)對(duì)空氣阻力大、噪聲大，致使燃燒不完全，排放廢氣多。進(jìn)氣歧管塑料化的目的除減輕零件質(zhì)量外，由于其內(nèi)表面光滑，流動(dòng)阻力小，還可提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能和提高燃燒效率。進(jìn)氣歧管材料一般采用pa+gf。羅孚公司與寶馬、basf等公司聯(lián)合開發(fā)的2l-4缸渦輪柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管就是采用basf公司的35%玻纖增強(qiáng)尼龍樹脂注塑成型，這種材料能承受很高的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度及高溫汽油或柴油的侵蝕并保證強(qiáng)度和剛性高。寶馬集團(tuán)的roverv6

46、車進(jìn)氣歧管采用dupont公司的zytel (33%玻纖增強(qiáng)尼龍66)制成，這是該車首次使用塑料進(jìn)氣歧管，比鋁質(zhì)輕30%，制造簡(jiǎn)便并能輸出更大的扭矩。daimler-chrysler公司也開始使用尼龍進(jìn)氣歧管，材料為basfplastics公司的ultramid(35%玻纖增強(qiáng)尼龍66)。最近，荷蘭dsm工程塑料公司又研發(fā)出了一種熱塑性彈性體醚-酯嵌段共聚物新材料arnitel，專門用于成型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管和其它車用真空導(dǎo)管。通常發(fā)動(dòng)機(jī)周邊的零件在工作時(shí)要求在承受高溫下仍有高模量、高強(qiáng)度，在行車時(shí)還需承受冬天的嚴(yán)寒，在低溫下仍有良好的機(jī)械性能和無碎裂的韌性。對(duì)于玻纖增強(qiáng)的pa66來說已不是最優(yōu)秀

47、的材料，近年荷蘭的dsm公司又推出了新的尼龍品牌stanyl和akulon來制造歧管，其各項(xiàng)性能優(yōu)于以往的pa+30%gf。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)散熱器過去是汽車中最重的部件，現(xiàn)在由于冷卻技術(shù)的創(chuàng)新和塑料在散熱器箱中的應(yīng)用，散熱器已經(jīng)比以前輕了很多。用在這個(gè)方面的塑料主要是注塑尼龍。目前國內(nèi)的捷達(dá)、桑塔納和小紅旗等轎車的散熱器水室大部分采用進(jìn)口pa66+30%gf來制造。冷卻系統(tǒng)中的散熱器扇是汽車不可或缺的組件，它必須能夠耐發(fā)動(dòng)機(jī)帶來的高溫，同時(shí)需要能夠耐受散熱器中冷卻劑帶來的化學(xué)腐蝕。尼龍族塑料耐高溫的性質(zhì)讓散熱器扇沒有任何變形，且不減少散熱器的空氣流，尼龍質(zhì)量輕、高彈性設(shè)計(jì)使散熱器扇占用最小

48、的空間。聚丙烯族散熱器扇具有和尼龍同樣的性質(zhì)，也很受廠商歡迎。這兩種塑料同時(shí)具有可回收和注塑時(shí)間短的特點(diǎn)。散熱器格柵是為了冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)而設(shè)置的開口部件，位于車體最前面，往往把汽車的銘牌鑲嵌其間，是表現(xiàn)一輛轎車風(fēng)格的重要零件。目前轎車上一般用abs或pc/abs合金，經(jīng)注塑成型制成。桑塔納轎車的格柵用abs制成，由于abs耐候性差，使用時(shí)需加入耐候性助劑，色澤為黑色。小紅旗轎車的格柵用abs/pc合金經(jīng)注塑成型后，再用噴漆涂敷。也有采用耐候性較好的asa材料，注塑成型后，表面可不經(jīng)涂裝。表面不涂裝的成本將降低50%。最近已出現(xiàn)以聚酯彈性體做格柵，經(jīng)表面濺射金屬鉻后使用，此種格柵備受用戶的青睞。(3

49、)傳動(dòng)系統(tǒng)汽車最復(fù)雜的部分之一就是傳動(dòng)系統(tǒng)，它由軸承、軸和齒輪組成，齒輪包括傳動(dòng)齒輪和差速齒輪。傳動(dòng)齒輪:玻璃纖維增強(qiáng)的聚酯已經(jīng)被成功地用來制造帶有旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的傳動(dòng)部件，單片設(shè)計(jì)代替了曾經(jīng)的幾個(gè)分散的金屬組件；驅(qū)動(dòng)軸:驅(qū)動(dòng)軸連接著傳動(dòng)齒輪和差速齒輪。塑料材質(zhì)的驅(qū)動(dòng)軸能夠減少噪音、震動(dòng)和nvh等級(jí)，這些不僅僅帶來了更多的駕駛樂趣，也降低了連接組件的壓力，延長(zhǎng)了這些組件的壽命。另外，塑料組件也有助于在碰撞中控制能量，增強(qiáng)了對(duì)汽車乘客的保護(hù)；軸承:軸承級(jí)尼龍被廣泛地用在軸承架上，尼龍的彈性讓它可以在裝配時(shí)被壓縮，但一放置到位就膨脹回原型。尼龍的高耐久性和耐化學(xué)品性質(zhì)延長(zhǎng)了軸承的壽命，它在大范圍溫度變化

50、下的低摩擦性也使之成為理想的替代材料；調(diào)速輪:塑料材質(zhì)的調(diào)速輪能夠減輕車輛質(zhì)量，能盡可能減少調(diào)速輪旋轉(zhuǎn)飛出的危險(xiǎn)，因?yàn)椴牧系男再|(zhì)使調(diào)速輪即使在碰撞情況下也不會(huì)破碎成鋒利的碎片。2)燃油系統(tǒng)燃油箱的形狀由于空間的限制一般變得很復(fù)雜，傳統(tǒng)的鋼制油箱難以制造出形狀復(fù)雜的制品，且制造工序多，成本高。塑料油箱成型加工性好、設(shè)計(jì)自由度大、可充分優(yōu)化車廂底盤空間、減輕車輛質(zhì)量、耐腐蝕性好、熱絕緣性好、耐久性能優(yōu)異、生產(chǎn)效率高和制造成本低。一般材料為強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的高密度聚乙烯 (hdpe)材料，也有用超高分子量聚乙烯制作。十幾年前歐洲就開始用吹塑成型hdpe燃油箱，利用率達(dá)50%。但是pe對(duì)油的阻隔性差，為

51、了降低塑料油箱的漏油量，目前主要采用以下幾種生產(chǎn)方法來提高和改善其阻隔性:內(nèi)壁進(jìn)行磺化或氟化處理的單層油箱；用pe與阻隔材料層狀共混改性來成型油箱；也有用多層共擠吹塑(hdpe層/粘結(jié)層/阻隔層/粘結(jié)層/hdpe層)成型油箱。目前用在油路上的塑料主要仍是尼龍。尼龍的彈性、輕質(zhì)和價(jià)格都是吸引制造商的地方，它可制成不同顏色的管線，使得線路的連接和跟蹤更容易。塑料油路的安全性、抗腐蝕和耐磨損性好，而且能減少震動(dòng)。3)汽車底盤底盤是一部汽車的支撐部件，它保證了汽車的堅(jiān)固性，通過減震來提高汽車的撞擊阻力。采取措施使汽車內(nèi)噪音、振動(dòng)水平(nvh)降低，不僅可提供舒適的駕駛感受，而且還降低連接件的壓力，延長(zhǎng)

52、這些組件的使用壽命。降低nvh的決定性因素是能量的吸收，底盤塑料化是有效措施之一。底盤上的塑料件，雖然零件不大，但要求材料強(qiáng)度高、摩擦磨損性能好，因此改性pom和pbt用得較多。全世界第二輛全塑汽車baja就擁有了一個(gè)全塑料底盤。傳動(dòng)軸將力從車的引擎?zhèn)鬟f到主軸，憑借塑料出色的能量傳遞特性，一根單獨(dú)的塑料傳動(dòng)軸可以大大降低nvh的水平。通用汽車公司在2003年秋生產(chǎn)了一種裝備塑料復(fù)合材料底盤的雪佛蘭皮卡；福特汽車公司也在2003年下半年推出了自己的塑料復(fù)合材料皮卡底盤。4)汽車門鎖在汽車門鎖中，塑料件已成為汽車門鎖的重要構(gòu)成部分，采用的塑料主要有pc、pom、pa、abs、pp、pe以及它們的改

53、性材料。汽車門鎖用塑料的年需求量在逐年增加。汽車門鎖主要包括內(nèi)、外手柄部分，連接部分和鎖體部分。外手柄要求有較好的耐候性，最初采用的是鋁合金，國外20世紀(jì)70年代采用pc，其中abs改性pc較多；20世紀(jì)80年代，為降低成本，日本汽車商開始采用pom及其改性塑料。內(nèi)手柄在車內(nèi)，要求條件相對(duì)寬松，一般采用pa、pom、abs和pp等。汽車門鎖連接部分改用塑料制作，使汽車門鎖在使用中幾乎沒有噪音。由于pom和pa相比具有加工性能好和成本低等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)計(jì)將會(huì)有越來越多的汽車生產(chǎn)廠家在門鎖連接部分采用pom材料。門鎖的鎖體部分是門鎖的關(guān)鍵部件，幾乎所有廠家都使用pom材料來制作。塑料在鎖體上另一用途是消

54、音和減震，如用聚氨酯彈性體包覆金屬旋轉(zhuǎn)卡板和止動(dòng)爪來達(dá)到消音和減震，或用尼龍和pom的潤(rùn)滑性來消音、減震等。5)汽車輪胎汽車輪胎現(xiàn)仍主要用橡膠制作，但最近美國固特異輪胎橡膠公司和艾美萊輪胎公司合作，共同研發(fā)出了聚氨酯汽車輪胎。與普通橡膠相比，聚氨酯材料耐磨性好，用聚氨酯材料制造輪胎大多采用澆注工藝，它比橡膠輪胎均勻性更好，而且不會(huì)出現(xiàn)胎面剝離現(xiàn)象，但由于聚氨酯材料耐熱性不佳，所以很少用于制造高速輪胎。艾美萊公司已研制出一種特殊的聚氨酯材料，克服了聚氨酯不耐熱的缺點(diǎn)。據(jù)稱這種材料由多元醇、二苯甲烷二異氰酸酯等成分組成，艾美萊公司已經(jīng)為這種材料申請(qǐng)了專利。3.2.2汽車制造中塑料的應(yīng)用前景隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，塑料在汽車中的用量迅速上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界汽車平均每輛塑料用量在2000年就已達(dá)105kg，約占汽車總質(zhì)量的8%12%，到2001年增加到20%左右。目前，我國車用塑料的用量與國外相比差距還十分明顯，車用塑料用量?jī)H為塑料總用量的014%，每輛汽車塑料用量平均只有14kg28kg，僅占整車自重的0.35%0.7%。與發(fā)達(dá)國家的差距說明，我國汽車專用料的發(fā)展空間還十分廣闊。4新材料加工技術(shù)在汽車輕量化中的應(yīng)用鍛造、鑄造、沖壓、焊接、熱處理等