第章汽車輕量化總結(jié)

QICHEXINJISHU汽車新技術(shù)（第二版）史文庫普通高等教育規(guī)劃教材編

著第1頁，共61頁。汽車發(fā)動機自動變速器轉(zhuǎn)向懸架制動第1章第2章第3章第4章第5章第6章第7章汽車NVH發(fā)動機液壓懸置第8章發(fā)動機雙質(zhì)量飛輪第9章第10章第11章車身汽車輕量化智能汽車第2頁，共61頁。第10章汽車輕量化

第3頁，共61頁。概述結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計輕量化新材料輕量化設(shè)計的先進成型技術(shù)10.110.210.310.4汽車輕量化評價10.510.6輕量化技術(shù)路線第4頁，共61頁。10.1概述

隨著人們對汽車安全性、舒適性、環(huán)保性能要求的提高。汽車安裝空調(diào)、安全氣囊、隔熱隔聲裝置、廢棄凈化裝置、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)越來越普及，這無形中增加了汽車的質(zhì)量、耗油量和耗材量。汽車工業(yè)已成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)。2007年我國汽車消耗全國石油的６０％。圖10-1所示是1990年以后我國石油供應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化。從圖中可以看出我國石油需求量對進口的依賴度已超過５０％。今后還將進一步加大。隨著汽車產(chǎn)量和保有量的增加。汽車在給人們的出行帶來方便的同時也同時產(chǎn)生了油耗、安全和環(huán)保三大問題。第5頁，共61頁。

節(jié)約能源、減少環(huán)境污染成為世界汽車工業(yè)界亟待解決的兩大問題，而減輕汽車自重是節(jié)約能源和提高燃料經(jīng)濟性的最基本途徑之一。因此汽車輕量化成為２１世紀(jì)汽車技術(shù)的前沿和熱點。輕量化已成為汽車優(yōu)化設(shè)計和選材的主要發(fā)展方向。2023/5/12第6頁，共61頁。10.1.1汽車輕量化是實現(xiàn)節(jié)能減排的有效手段

汽車的燃油消耗與車重的關(guān)系很難用簡單的數(shù)學(xué)關(guān)系是表達。但可以從理論分析和試驗兩個方面找到它們之間的關(guān)系。汽車行駛的阻力Ｆ可由下式表達:2023/5/12第7頁，共61頁。

由式(10-1)可知，汽車行駛阻力越大，耗油越多。汽車行駛阻力包括滾動阻力、坡道阻力、加速阻力和空氣阻力等四部分從式(10-1)可以看出?除了空氣阻力主要與車身形狀大小有關(guān)外。其他三項均與整車質(zhì)量成正比經(jīng)驗數(shù)據(jù)顯示空氣阻力約占行駛阻力的２５％。目前，減少這部分阻力的措施通常由:流線型車身、全黏結(jié)風(fēng)窗玻璃、隱蔽式刮水器、下地板全封裝等。2023/5/12第8頁，共61頁。汽車輕量化是當(dāng)代國內(nèi)外汽車工業(yè)發(fā)展的一個重要課題:(１)在保證汽車質(zhì)量和功能不受影響的前提下，最大限度地減輕各零部件的質(zhì)量降低燃耗減少排放污染。(２)在使汽車減輕質(zhì)量、降低油耗、減少排放的同時?努力謀求高輸出功率、高響應(yīng)性、低噪聲、低振動、良好操縱性、高可靠性和高舒適性等。(３)在汽車輕量化的同時?汽車的價格應(yīng)當(dāng)下降或保持在合理水平。具有商業(yè)競爭能力。即汽車的輕量化技術(shù)必須是兼顧質(zhì)量、性能、價格的技術(shù)。汽車輕量化對汽車技術(shù)的不斷發(fā)展起到了重要作用。2023/5/12第9頁，共61頁。10.1.2汽車輕量化是環(huán)保的要求

按2005年美國環(huán)保局的數(shù)據(jù)。各個產(chǎn)業(yè)的溫室氣體排放情況如圖10-2所示，交通運輸?shù)臏厥覛怏w排放量僅次于電力工業(yè)。這些數(shù)據(jù)表明:汽車工業(yè)節(jié)能減排對于一個國家的能源供應(yīng)和環(huán)境保護都具有重要的意義。2023/5/12第10頁，共61頁。10.1.3實現(xiàn)汽車輕量化的主要途徑

汽車輕量化技術(shù)可以分為:結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、輕量化材料的應(yīng)用和先進制造工藝等３個主要方面。其中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面包括:汽車結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓撲優(yōu)化和多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化、輕量化材料的應(yīng)用方面包括:高強度鋼、鋁合金、鎂合金、塑料和復(fù)合材料等。先進制造工藝方面包括:液壓成型和激光焊接等。(１)輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析。而且這種設(shè)計已經(jīng)融合到了汽車的前期概念計階段優(yōu)化結(jié)構(gòu)的主要途徑是利用有限元和優(yōu)化設(shè)計方法進行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以減少零部件的質(zhì)量和數(shù)量。2023/5/12第11頁，共61頁。(２)輕質(zhì)材料在汽車上的應(yīng)用。包括鋁、鎂、高強度鋼、復(fù)合材料、塑料等。并在前期與結(jié)構(gòu)設(shè)計融為一體，以及相應(yīng)的裝配、制造、防腐、連接等工藝的研究應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計汽車車身、底盤、發(fā)動機三大件占一輛轎車總質(zhì)量的６５％以上。一般全鋼結(jié)構(gòu)白車身通過優(yōu)化設(shè)計可以減重７％左右采用鋁合金的車身可以帶來３０％~５０％的輕量化效果而想減輕更多的質(zhì)量就只能求助于纖維復(fù)合材料。而先進的加工工藝是為了應(yīng)對材料和結(jié)構(gòu)的變更，而提出新的工藝。2023/5/12第12頁，共61頁。10.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

汽車輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是在滿足設(shè)計性能要求的前提下，盡可能使汽車零部件的材料在空間合理分布。避免不必要的材料利用，以獲得最輕的結(jié)構(gòu)設(shè)計。大多采用ＣＡＥ技術(shù)對汽車的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化?使零件薄壁化、中空化、小型化、復(fù)合化。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分為尺寸優(yōu)化設(shè)計、形狀優(yōu)化設(shè)計和拓撲優(yōu)化設(shè)計。其中，拓撲優(yōu)設(shè)計是在設(shè)計空間內(nèi)尋求結(jié)構(gòu)最佳的傳力路徑。對提高汽車零部件綜合性能和減少汽車零部件質(zhì)量的效果較其他優(yōu)化更突出。2023/5/12第13頁，共61頁。10.2.1尺寸優(yōu)化設(shè)計

結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化是應(yīng)用最早、也是應(yīng)用最成熟的一種汽車輕量化技術(shù)。它一般以汽車零部件的尺寸(如沖壓件的壁厚、梁截面尺寸、減重孔的尺寸等)參數(shù)為設(shè)計變量，以滿足不同工況下的剛度、強度、振動、吸能等約束條件。以結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建優(yōu)化模型。2023/5/12第14頁，共61頁。10.2.2形狀優(yōu)化設(shè)計

形狀優(yōu)化主要是指改變結(jié)構(gòu)的整體或者局部外形，使得結(jié)構(gòu)受力更加均勻。從而更加充分地利用材料。形狀優(yōu)化方法有兩種。對于具有幾何外形的結(jié)構(gòu)，可以將結(jié)構(gòu)的幾何外形參數(shù)化。從而將形狀優(yōu)化轉(zhuǎn)變?yōu)槌叽鐑?yōu)化問題。但是對于汽車結(jié)構(gòu)來說，更多的是具有不規(guī)則的幾何外形，此時難以采用參數(shù)來描述幾何外形。因此無法將其轉(zhuǎn)化為尺寸優(yōu)化問題。針對這種問題，目前廣泛采用不需要尺寸參數(shù)的無參形狀優(yōu)化方法。2023/5/12第15頁，共61頁。10.2.3拓撲優(yōu)化設(shè)計

拓撲優(yōu)化以事先指定的設(shè)計空間的材料分布為優(yōu)化對象。通過優(yōu)化算法自動給出最佳傳力路徑，從而節(jié)省最多的材料。拓撲優(yōu)化方法被認為是最具有潛力的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計階段。目前提出的拓撲優(yōu)化方法有多種，其中最主要的一種方法是變密度法。拓撲優(yōu)化將汽車零部件減重設(shè)計和汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計結(jié)合起來進行零部件設(shè)計初期的概念設(shè)計。可以使得在滿足零件綜合性能要求的情況下獲得較輕的結(jié)構(gòu)形式，指導(dǎo)設(shè)計者后期的設(shè)計，對于零部件結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新性設(shè)計和減重設(shè)計有著重要的幫助。2023/5/12第16頁，共61頁。10.3輕量化新材料

采用輕質(zhì)材料在目前看來具有更巨大的潛力。是汽車輕量化的主流，汽車行業(yè)普遍注重于開發(fā)輕量化材料來解決這一難題。在確保汽車綜合性能指標(biāo)的前提下，使用輕質(zhì)材料來制造車身?？梢院艽蟪潭葴p輕車身的質(zhì)量。目前在國內(nèi)外汽車上應(yīng)用較多的輕量化材料有鋁合金、鎂合金、高強度鋼、塑料及復(fù)合材料等。表10-1列出了某國中型轎車主要材料構(gòu)成比例。從中可以看出，汽車上使用鋼鐵材料的比例逐年減少，而鋁合金等輕量化材料的比例不斷上升。但是，高強度鋼仍是頗具競爭力的汽車輕量化材料，它在抗碰撞性能、耐蝕性能和成本、回收等方面較其他材料仍具有較大的優(yōu)勢。尤其是用于車身結(jié)構(gòu)件與覆蓋件、懸架件、車輪等零部件。2023/5/12第17頁，共61頁。2023/5/12第18頁，共61頁。

鎂合金和鋁合金、鋼鐵和塑料的物理機械特性的比較見表10-2而表10-3列出了常用幾種輕量化材料的減重效果及相對成本。2023/5/12第19頁，共61頁。10.3.1新型鋼材１)高強度鋼對于高強度鋼，以前并無統(tǒng)一的定義。有人認為抗拉強度超過３４０ＭＰａ的稱為高強度鋼。瑞典學(xué)者將鋼板強度級別分為普通強度鋼(ＭＳ)、高強度鋼(ＨＳ)和特高強度鋼(ＥＨＳ)按照ＵＬＳＡＢ所采用的術(shù)語。將屈服強度為210~550ＭＰａ的鋼定義為高強度鋼(ＨＳＳ)屈服強。度為５５０ＭＰａ的鋼定義為超高強度鋼(ＵＨＳＳ)?而先進高強度鋼(ＡＨＳＳ)的屈服強度則位于于ＨＳＳ和ＵＨＳＳ之間的強度范圍?ＵＬＳＡＢ是超輕鋼質(zhì)車身項目的簡稱。該項目是由世界主要鋼板生產(chǎn)商致力于開發(fā)出超輕鋼質(zhì)車身而發(fā)起的。圖10-3所示就是ＶｏｌｖｏＳ４０通過使用不同強度的鋼材(分為普通、高強度、超高、特高)而提高車身碰撞安全性的一個典型例子。2023/5/12第20頁，共61頁。2023/5/12第21頁，共61頁。

高強度鋼又可分為傳統(tǒng)高強度鋼和先進高強度鋼兩類。傳統(tǒng)高強度鋼種包括低碳鋼、無間隙原子鋼、各向同性鋼、烘烤硬化鋼、碳錳鋼、低合金高強度鋼。先進高強度鋼是金相組織強化的鋼種。包含變相誘導(dǎo)塑料鋼、復(fù)相鋼、馬氏體鋼、雙相鋼等。在提高強度的同時具備了良好的延展性和塑性。圖10-4所示為高強度鋼在汽車上的應(yīng)用。2023/5/12第22頁，共61頁。２)熱成型鋼熱成型鋼是指將鋼板經(jīng)過９５０℃左右的高溫加熱之后一次成型。又迅速冷卻加工而成的一種具有超高屈服強度的鋼。(１)極高的材料強度及延展性。一般的高強度鋼板的抗拉強度在400~450ＭＰａ而熱成型鋼材加熱前抗拉強度就已達到500~800ＭＰａ。加熱成型后則提高至1300~1600ＭＰａ。為普通鋼材的３~４倍。其硬度僅次于陶瓷。但又具有鋼材的韌性。因此由熱成型鋼板制成的車身極大地提高了車身的抭碰撞能力和整體安全性。在碰撞中對車內(nèi)人員會起到很好的保護作用。2023/5/12第23頁，共61頁。

這方面比較典型的一個例子是邁騰轎車中熱成型鋼板的應(yīng)用。如圖10-5所示圖中紅色部分為實用熱成型鋼板的零件。2023/5/12第24頁，共61頁。

(２)能有效減輕整車質(zhì)量，降低能耗。由于熱成型鋼板極高的材料強度。因此在設(shè)計時可以用一個熱成型零件代替多個普通鋼板的零件。(３)具有很好的材料成型準(zhǔn)確度，消除材料回彈的影響?？蓪崿F(xiàn)復(fù)雜形狀的設(shè)計。由于熱成型鋼板的特殊性質(zhì)，并且是加熱后成型。因此可以在一道工序完成普通冷沖壓成型需多道工序才能完成的復(fù)雜形狀。熱成型鋼板基于上述優(yōu)點在車身制造中具有很大的應(yīng)用潛力。但是，由于生產(chǎn)工藝及成本方面的限制。目前，熱成型鋼板在國內(nèi)只有長春及上海的兩家工廠在生產(chǎn)。2023/5/12第25頁，共61頁。10.3.2車用輕質(zhì)合金１)鋁合金鋁的密度是２.７０×１０３ｋｇ/ｍ３，約為鋼的１/３，是汽車應(yīng)用最廣泛的輕量化材料。車用鋁材料皆以鋁合金的形式出現(xiàn)，鋁合金在汽車上的應(yīng)用。最初只是以鑄造的方法生產(chǎn)發(fā)動機及其零部件，隨后應(yīng)用于輪轂等構(gòu)件。它在汽車上的用量呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢。奔馳Ｓ級轎車中的鋁件如圖10-6所示。2023/5/12第26頁，共61頁。2023/5/12第27頁，共61頁。

傳統(tǒng)鋁合金根據(jù)合金元素的含量和加工工藝性能特征可分為鑄造鋁合金、變形鋁合金和鋁基復(fù)合材料３類。(１)鑄造鋁合金鑄造鋁合金是直接用鑄造方法澆注或壓鑄成零件或毛坯的鋁合金。其中又分為重力鑄造件、低壓鑄造件等?其合金元素的含量比較高。合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在８％~２５％。(２)變形鋁合金變形鋁合金中合金元素含量比較低。常用的變形鋁合金中合金元素總量小于５％。但在高強度變形鋁合金中可達８％~１４％。(３)鋁基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料密度低、比強度和比模量高、抗熱疲勞性能好。但在汽車上的應(yīng)用受到價格及生產(chǎn)質(zhì)量控制等方面的制約，還沒有形成很大的規(guī)模。目前，鋁基復(fù)合材料在連桿、活塞、汽缸體內(nèi)孔、制動盤、制動鉗和傳動軸管等零件上的試驗或使用顯示出了卓越的性能。2023/5/12第28頁，共61頁。２)鎂合金鎂合金具有密度小、比強度、比剛度高、阻尼性、切削加工性、導(dǎo)熱性好，電磁屏蔽能力強，尺寸穩(wěn)定，資源豐富，易回收，無污染等優(yōu)點。西方工業(yè)發(fā)達國家對鎂基的金屬基復(fù)合材料的開發(fā)和應(yīng)用。已達到了產(chǎn)業(yè)化階段。見表10-4。2023/5/12第29頁，共61頁。表面處理技術(shù)低，接合水平低下，設(shè)計數(shù)據(jù)缺乏，生產(chǎn)設(shè)計周期長等。根據(jù)加工工藝劃分，鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金兩大類。兩者在成分、組織性能上存在很大的差異。(１)鑄造鎂合金鑄造鎂合金多用于壓鑄工藝生產(chǎn)。其特點是生產(chǎn)效率高、精度高、鑄件表面質(zhì)量好、鑄態(tài)組織精良、可生產(chǎn)薄壁及復(fù)雜形狀的構(gòu)件。根據(jù)不同汽車零部件對鎂合金性能的特定要求新型鎂合金材料的開發(fā)一直致力于提高強度、改善塑形、增加高溫蠕變抗力。(２)變形鎂合金變形鎂合金指可用擠壓、軋制、鍛造和沖壓等塑性成型方法加工的鎂合金與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金具有更好的強度、更好的塑性和更多的樣式規(guī)格。2023/5/12第30頁，共61頁。3310.3.3復(fù)合材料

復(fù)合材料是指由兩種或者兩種以上的不同形態(tài)或者不同性質(zhì)的材料按照一定的復(fù)合工藝組合而成的一種結(jié)構(gòu)物。復(fù)合材料既具備原材料的特點又有原材料沒有的性能。所以不能把復(fù)合材料看作組分材料的簡單相加。汽車復(fù)合材料與汽車傳統(tǒng)常規(guī)材料鋼、鐵、鋁以及塑料、橡膠是完全不同的一類新型材料。它不像傳統(tǒng)常規(guī)材料的材質(zhì)均勻、各向同性，而是非均質(zhì)、各向異性。復(fù)合材料是以一種材料為基體。另一種材料為增強體組合而成的材料，各種材料在性能上互相取長補短。使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。2023/5/12第31頁，共61頁。

按復(fù)合材料的性能可以分為普通型熱塑性復(fù)合材料和高性能熱塑性復(fù)合材料兩類。熱塑性塑料與熱固性塑料兩類材料的比較見表10-5。2023/5/12第32頁，共61頁。下面介紹幾種常用的車用復(fù)合材料(１)玻璃纖維增強復(fù)合材料玻璃纖維增強塑料(ＧＦＲＰ)俗稱“玻璃鋼”它不僅質(zhì)量穩(wěn)定、資源豐富、成本低、而且吸收沖擊能量的性能、耐腐蝕性能較好。降低噪聲的效果較好，且設(shè)計靈活、強度高、工藝性能好、價格低等特點。因此是目前汽車上應(yīng)用最多的樹脂基復(fù)合材料，主要用于發(fā)動機、發(fā)動機周邊部件及車身?可用于制造保險杠、發(fā)動機罩、擋泥板，甚至整個車身殼體。玻璃纖維車架如圖10-10所示。2023/5/12第33頁，共61頁。(２)碳纖維增強復(fù)合材料碳纖維增強塑料具有質(zhì)輕、高強度、高模量、減摩耐熱、熱導(dǎo)率大、自潤滑、耐腐蝕、抗沖擊性好、疲勞強度大等優(yōu)越性能。在現(xiàn)代汽車工業(yè)中的應(yīng)用將越來越廣泛。碳纖維增強復(fù)合材料是汽車覆蓋件最理想的非金屬材料。在減輕車身質(zhì)量的同時也能保持防撞性能。2023/5/12第34頁，共61頁。２)復(fù)合材料的性能復(fù)合材料是各向異性的非均質(zhì)材料?與其他材料相比有以下特點：(１)比強度和比模量高，這是其最大優(yōu)點(２)抗疲勞性能好(３)減摩、耐磨、自潤滑性好(４)化學(xué)穩(wěn)定性良好(５)耐高溫腐蝕性能好(６)工藝性和可設(shè)計好(７)其他特殊性能2023/5/12第35頁，共61頁。10.3.4塑料塑料是由非金屬元素為主的有機物組成的具有密度小、導(dǎo)熱和電導(dǎo)性差、耐酸、耐堿、易老化等特性。塑料的力學(xué)性能隨溫度和時間而變化，塑料在汽車中的應(yīng)用遍及所有總成如內(nèi)裝飾件、外裝件和功能件。汽車用塑料制品如圖10-12所示。2023/5/12第36頁，共61頁。塑料制件優(yōu)點主要有:(１)質(zhì)量輕絕大多數(shù)塑料的密度在０.８~２.０ｇ/ｃｍ３，而銅的密度為７.８ｇ/ｃｍ３，鋁為２.７ｇ/ｃｍ３因此，車身材料塑料化是提高車身輕量化的一個非常有效地途徑(２)多特性可以通過添加不同數(shù)量和種類的填料、增強劑和硬化劑等。制出不同性能的塑料。以滿足汽車各個部件對材料性能的要求，如軟性聚氨酯泡沫塑料可用作汽車座椅的坐墊和靠背椅。不同剛度的復(fù)合坐墊能滿足人體壓力分布對座椅設(shè)計的需要等。(３)加工簡單易成型塑料使車身造型及結(jié)構(gòu)設(shè)計有較大的選擇余地能制造出形狀復(fù)雜的制件以滿足不同造型的要求。如一次加工成型的組合儀表臺、儀表板、裝飾成型件等。2023/5/12第37頁，共61頁。(４)優(yōu)良的緩沖、消聲吸振性能。塑料制件在彈性變形時能吸收大量的碰撞能量對強烈的撞擊有緩沖作用。塑料還有很好的吸收、衰減噪聲的能力。因此，用塑料制作內(nèi)飾件不僅有保護作用。還能提高乘坐舒適度和環(huán)保性能等。(５)良好的耐化學(xué)腐蝕性能。一般的塑料對酸堿、有機溶劑等化學(xué)溶劑有良好的抗腐蝕能力。如現(xiàn)代汽車的油箱已廣泛采用聚乙烯塑料來制造。(６)美觀、大方。塑料通過添加色劑可以產(chǎn)生不同的色彩效果、使制件美觀、質(zhì)感好。有利于滿足車身及附件的造型要求。2023/5/12第38頁，共61頁。10.4輕量化設(shè)計的先進成型技術(shù)

當(dāng)今世界主流工藝技術(shù)主要有三種:一是激光拼焊板技術(shù)；二是液壓成型技術(shù)；三是高強度熱成型技術(shù)。接下來就對這三種技術(shù)進行簡單的介紹。2023/5/12第39頁，共61頁。10.4.1激光拼焊拼焊技術(shù)，即可將經(jīng)不同表面處理、不同鋼種、不同厚度的兩塊或多塊鋼板通過一種焊接方法使之組合在一起。然后經(jīng)沖壓成型后獲得高性能沖壓件的技術(shù)。經(jīng)這種拼焊技術(shù)而生成的板件稱為拼焊板。激光拼焊板的原理如圖10-13所示：2023/5/12第40頁，共61頁。

近年來激光拼焊發(fā)展迅速在汽車上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。主要用于差強度、差厚度或不同表面處理狀態(tài)的零件整體成型。可以根據(jù)車身各個部位的實際受力和變形的大小，預(yù)先為各車身部件定制一塊理想厚度的拼接板，從而達到節(jié)省材料、減輕質(zhì)量且提高車身零部件性能的目的。并且還能實現(xiàn)不同材料板材的焊接，從而進一步發(fā)揮了其減重的潛力。其應(yīng)用的典型零件如圖10-14所示：2023/5/12第41頁，共61頁。激光拼焊技術(shù)具有很多優(yōu)點主要有:(１)減少了零件數(shù)量通過激光拼焊板的使用?將原來多個零部件沖壓后，再用點焊連接起來的工序轉(zhuǎn)變成通過激光拼焊將多張鋼板連接在一起后，再將其沖壓成一個零部件的工序。(２)減輕了零件質(zhì)量由于采用不同厚度鋼板進行拼接。對不承受載荷或承載較小的部位?？刹捎帽仍雀〉匿摪?，從而減輕了車身的整體質(zhì)量。(３)提高了車身耐蝕性(４)提高了車身質(zhì)量和安全性2023/5/12第42頁，共61頁。10.4.2液壓成型

液壓成型是指采用液態(tài)的水、油作為傳力介質(zhì)代替剛性的凹?；蛲鼓?使坯料在傳力介質(zhì)的壓力作用下貼合凸?；虬寄３尚汀Ｓ捎谟靡后w代替模具，不但減少了模具數(shù)量，降低了費用，還提高了產(chǎn)品質(zhì)量和成型極限。可以實現(xiàn)車身輕量化設(shè)計。液壓成型按成型毛坯的不同可以分為管材液壓成型和板材液壓成型兩種，分別就兩種液壓成型方式作簡要論述。2023/5/12第43頁，共61頁。管材液壓成型的基本原理如圖10-15所示：2023/5/12第44頁，共61頁。

液壓成型件在汽車上的其他應(yīng)用如圖10-16所示，管件液壓成型特別適用于制造汽車行業(yè)中沿構(gòu)件軸線變化的圓形、矩形截面或異型截面空心構(gòu)件和空心軸類件、復(fù)雜管件等。管材液壓成型技術(shù)在車身中主要用來加工一些結(jié)構(gòu)件。如前風(fēng)窗玻璃支架、前風(fēng)窗玻璃與側(cè)窗玻璃的隔離條。側(cè)窗玻璃之間的隔離條、空間骨架、座椅骨架、減振機架等。2023/5/12第45頁，共61頁。10.4.3熱成型技術(shù)

熱成型技術(shù)是將熱處理技術(shù)(淬火)與冷沖壓相結(jié)合的制造工藝?？梢猿尚蛷姸瘸^１６００ＭＰａ的超高強度鋼板、高強度鋼板熱成型(也稱作熱沖壓)技術(shù)越來越受到工業(yè)界的關(guān)注。熱成型技術(shù)的優(yōu)勢是:能夠成型強度高達１.５ＧＰａ的復(fù)雜承載零部件高溫下材料塑性、成型性好，能一次成型復(fù)雜的沖壓件。高溫下成型能消除回彈影響。零件精度高，成型質(zhì)量好。熱成型工藝是沖壓成型領(lǐng)域的前沿技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于汽車前、后保險杠、Ａ柱、Ｂ柱、Ｃ柱、車頂構(gòu)架、車底框架以及車門內(nèi)板、車門防撞桿等構(gòu)件的生產(chǎn)。2023/5/12第46頁，共61頁。

熱成型技術(shù)的原理是把特殊的高強度硼合金鋼加熱使之奧氏體化。隨后將紅熱的板料送入有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成型，同時被具有快速均勻冷卻系統(tǒng)的模具冷卻淬火，鋼板組織由奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，因而得到超高強度比的鋼板。熱成型原理圖如圖10-18所示。2023/5/12第47頁，共61頁。

另外、熱成型技術(shù)的成產(chǎn)效率偏低、制造成本比冷成型件高。因此，熱沖壓成型技術(shù)今后將朝著高效率、低成本、強韌化、節(jié)能方向發(fā)展?其中熱成型在車身上的應(yīng)用如圖10-19所示。2023/5/12第48頁，共61頁。10.5汽車輕量化評價

全球汽車行業(yè)燃油經(jīng)濟性和排放要求日益嚴(yán)格，高效動力系統(tǒng)、先進發(fā)動機、整車小型化和輕量化技術(shù)等在近年來得到廣泛研究和應(yīng)用。輕量化技術(shù)的應(yīng)用成為現(xiàn)代汽車發(fā)展的主要趨勢之一。針對汽車輕量化水平的合理、準(zhǔn)確評判對于指導(dǎo)汽車設(shè)計、制定相關(guān)法規(guī)以及出臺國家鼓勵政策等具有重要意義。2023/5/12第49頁，共61頁。10.5.1車身輕量化系數(shù)及車身結(jié)構(gòu)利用系數(shù)

白車身輕量化系數(shù)作為汽車輕量化的表征參量和評價指標(biāo)?考慮了車身扭轉(zhuǎn)剛度、車身大小、質(zhì)量水平。對白車身材料的合理使用、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計有重要意義，發(fā)展成為汽車行業(yè)車。身輕量化水平的重要評價方法。圖10-20為車身輕量化系數(shù)中各參數(shù)的示意圖。2023/5/12第50頁，共61頁。由式(10-2)可知，若減小車身輕量化系數(shù)?可以通過提高剛度或降低白車身的質(zhì)量來實現(xiàn)。若車身的質(zhì)量不降低或降低很少?只需去提高車身的扭轉(zhuǎn)剛度也會實現(xiàn)降低車身輕量化系數(shù)的目的。但顯然這不是輕量化的目的?既未能實現(xiàn)整車質(zhì)量的真正下降，更主要的是不能實現(xiàn)節(jié)能減排。因此，車身輕量化系數(shù)僅可作為一個參考指標(biāo)，不是評判一個車型輕量化水平的絕對指標(biāo)。2023/5/12第51頁，共61頁。10.5.2車身輕量化評價指標(biāo)

通常輕量化是與原標(biāo)桿車相比較時的相對值，因此為了更直接地反映輕量化的效果。也為了消除輕量化系數(shù)Ｌ的量綱，于是提出了輕量化指數(shù)Li作為表征輕量化效果的指標(biāo)。即:式中:Ｌ１、Ｌ２———輕量化設(shè)計前后的輕量化系數(shù)或者車型輕量化前后的其他性能指標(biāo)。2023/5/12第52頁，共61頁。10.5.3整車面密度

吉利汽車公司的姚再起等人認為人們對整車舒適性的要求。使內(nèi)外飾、電子電器的比重明顯增加。從而大大增加整備質(zhì)量，動力性能的提高也明顯增加發(fā)動機和動力系統(tǒng)質(zhì)量。因此，消費者能夠從感官體驗到的車的各項性能指標(biāo)可以讓市場去衡量，輕量化評價只考慮整備質(zhì)量水平更合理。在此基礎(chǔ)上，不考慮整車各項性能，對于同類車型的輕量化指標(biāo)可僅考慮整備質(zhì)量和輪邊距和軸距乘積所得投影面積(車型大小)即整車面密度的概念。如下式:2023/5/12第53頁，共61頁。

如圖10-21