1、2021/7/261(最新整理)汽车车身材料的轻量化应用2021/7/262汽车材料的轻量化应用汽车材料的轻量化应用2021/7/263材料轻量化：材料轻量化：材料轻量化，指的是在满足机械性能要求的前提下，将材料重量减轻。一般通过采用轻量化的金属和非金属材料实现，主要包括高强度钢材、铝镁合金、工程塑料以及各种复合材料。轻量化材料中，目前钢铁材料仍保持主导地位，但钢铁材料的比例逐年下降，铝合金、镁合金、工程塑料、复合材料等材料比例逐渐增加。2021/7/264主要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2021/7/265汽车轻量化技术应用的必要性
2、世界铝业协会的报告指出：汽车自重每减少10，燃油消耗可降低68。增加承载2021/7/2662021/7/2672021/7/2682021/7/269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。2021/7/2610随着汽车材料技术的飞速发展，现代汽车制造材料的构成也在不断发生变化。以现代轿车用材为例，按照重量换算，钢材占汽车自重的5560，铸铁占512，有色金属占610，塑料占81
3、2，橡胶占4，玻璃占3，其他材料(油漆、各种液体等)占612。汽车材料在汽车上的应用比例2021/7/26112021/7/26122021/7/2613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1520。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过60多种。今后将重点发展的镁合金零部件主要有：仪表板骨架、发动机缸体、缸盖、托架、油底壳、格栅加强体、结构支架（座）、后车箱盖、内门框、车顶板、加强板，以及某些抗碰撞零件。2021/7/2614以铝为首的轻质材料在汽车上的
4、措施(1)轻质材料发动机。机体是发动机中单件质量最大的零件，一般都超过发动机质量的1/4，甚至接近1/3。降低发动机缸体质量:采用铝合金或者镁合金，变密度设计。2021/7/2615应用实例 2008年2月22日上午8：30分，我国第一款自主研发的V12发动机CA12GV，在中国第一汽车集团公司技术中心成功点火。这标志着我国掌握了顶级轿车发动机的开发技术。全铝制轻量化设计：全铝缸体、缸盖、壳体件及支架，通过FE分析拓扑结构达到轻量化与NVH性能的最佳平衡。2021/7/2616(2)轻质材料变速器壳体 变速器壳体、离合器壳体、操纵盖以及换档拨叉等零件目前已经广泛应用铝、镁合金，镁合金的密度为1
5、.8g/cm3，是铝合金的2/3，不足钢的1/4，大众汽车公司和奥迪汽车公司启动了使用镁合金的战略，福特汽车公司也在其轻型载货车的离合器壳体中使用了镁合金。2021/7/2617镁铝变速器壳体2021/7/26182021/7/26192021/7/2620(3)全铝车身设计。FordP2000 采用冲压焊接制造的铝质车身骨架，可用现有钢板的加工方法加工，白车身质量135.6kg，整车轻32.8%，市区百公里油耗减少22.8%。2021/7/2621(5)轿车全铝车身设计实例。奥迪A8 是大型豪华轿车，但它的整车质量，仅相当于一辆中型轿车。奥迪A8 铝合金框架支撑着全铝合金车身的创新技术被称为
6、“ASF”即奥迪空间框架技术，ASF 车身结构由挤压的铝部件及压铸件组成，该架构支撑铝板元件。2021/7/2622塑料在汽车上的应用 汽车用塑料零部件分为三类：内饰件、外饰件和功能件。自20世纪90年代以来，随着汽车材料国产化的开展，我国汽车用塑料步入了世界发展的轨道。2021/7/2623 在我国，塑料件约占汽车自重的7%10%，举例来说，在轿车和轻型车中，CA7220小红旗轿车中的塑料用量为88.33kg，上海桑塔纳为67.2 kg，奥迪为89.98 kg，富康为81.5 k g，依维柯0041则为144.5 kg；在重型车中，斯太尔1491为 82.25kg，斯太尔王为120.5 kg
7、。据有关部门统计，我国汽车用塑料的品种按用量排列依次为PP，PVC，PU，不饱和树脂，ABS，PF，PE，PA，PC，复合材料。2021/7/2624汽车配件塑料化后的轻量化情况配件名称原总量/Kg塑料重量/Kg减轻重量/Kg轻量化率/%空调器支架3.180.912.2771盘式制动器活塞0.820.410.4150发动机盖16.3412.264.125后门20.8812.718.1739座椅架(2座)22.711.3511.3550燃料箱22.718.164.5420轮胎(4只)54.4840.8613.6225驱动轴10.224.315.958叶片弹簧12.712.0410.6784门粱7
8、.723.184.5459车身209.2994.43114.8655身架128.4893.9834.527车门（4扇）70.8227.6943.1361前后保险杠55.8419.9835.8764车头43.5813.1730.4270车轮（4只）41.7722.2519.5247合计721.53377.6934447.72021/7/2625其他应用2021/7/26262021/7/2627了解：碳纤维复合材料在汽车上的应用 由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，其适于制造汽车车身、底盘等主要结构件的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身、底盘减轻重量4060，相当于钢结
9、构重的1/31/6。英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究，结果表明碳纤维增强聚合物材料车重量仅为172kg，而钢制车身重量为368kg，减重约50。并且当生产量在2 万辆以下时，采用RTM 工艺生产复合材料车身成本要低于钢制车身。主要在豪华轿车、跑车上、赛车上应用如宝马、雷克萨斯、兰博基尼兰博基尼等2021/7/26282021/7/26292021/7/2630该车的整个车身采用了碳纤维材质打造，而底盘则由蜂窝式结构的铝合金制成，使得整车在保证刚度的同时，底盘量仅为70kg，车重仅有1330kg，是超级跑车领域中最轻的车型。另外，新车还设计了可拆卸式的车顶，车门采用柯尼塞格式
10、的拉开后旋转向下的开方式 最轻量化的超级跑车 柯尼塞格柯尼塞格 Agera R 2021/7/2631 碳纤维还因为其环保、耐磨的特点而应用在刹车片上，碳纤维制动盘被广泛用于竞赛用汽车上，而且具有非常优秀的制动稳定性和热稳定性。应用于F1赛车。2021/7/2632发展汽车材料应注意的问题 汽车材料的轻量化要科学、严谨，提高安全意识 .处理好汽车材料轻量化与汽车配置增加的关系 .处理好汽车材料轻量化与原材料资源和成本之间的关系 制定汽车材料轻量化规范标准 建立汽车材料轻量化技术人才培养基地和技术咨询服务机构 综上所述，汽车材料轻量化是大势所趋，世界各国都在致力研究和发展汽车材料轻量化。但是汽车制造商在汽车材料轻量化上不能盲目的跟风，一定要科学、合理地进行。我国汽车材料轻量化的发展还落后于欧美等国家，目前正处在发展阶段，所以发展前景广阔。中国汽车企业要抓住机遇，大力发展汽车轻量化，为中国汽车产业的跳跃式发展作出贡献 2021/7/26332021/7/2634
