從全鋁車身到碳纖維 揭秘汽車輕量化材料應(yīng)用

減少汽車自身質(zhì)量是降低油耗最有效的措施之一。數(shù)據(jù)顯示，汽車自重每減少10%，NEDC工況下能耗可降低6%~8%，排放降低5%~6%。而燃油消耗每減少1L，CO2的排放量減少2.45kg。輕量化的實(shí)現(xiàn)主要有三種手段：輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化、先進(jìn)輕量化材料應(yīng)用、先進(jìn)輕量化制造技術(shù)應(yīng)用。采用新型材料是汽車輕量化最直接有效的方法。

汽車的輕量化，就是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。

實(shí)驗(yàn)證明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%；汽車整備質(zhì)量每減少100千克，百公里油耗可降低0.3—0.6升。

常見的輕量化材料分為金屬和非金屬兩大陣營。金屬材料主要包括高強(qiáng)鋼、鋁合金、鎂合金等；非金屬材料包括工程塑料和復(fù)合材料等。提高汽車輕量化程度是各大廠家一直以來的目標(biāo)，所以也就有了鋁制和碳纖維的材料更多的運(yùn)用到整體車身中。

1.鋁合金

鋁合金是目前汽車材料中應(yīng)用最多的輕質(zhì)材料，各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)也比較成熟。鋁具有良好的機(jī)械性能，其密度約為鋼鐵的1/3，易加工，導(dǎo)熱性、耐腐蝕性好，鋁合金強(qiáng)度高，同時(shí)具有良好的吸能性。據(jù)美國鋁學(xué)會的報(bào)告，汽車上每使用0.45kg鋁就可減輕車重1kg，理論上鋁制汽車可以比鋼制汽車減重40%左右。目前很多車型如奧迪A8、捷豹XFL、特斯拉等均已采用全鋁車身。

近年來，鋁合金用于車身材料的加工方式的成本有所降低。以前都要將厚的鋁合金板沖壓成薄板再進(jìn)行加工，目前通用引入了和鋼板沖壓類似的熱沖壓成形技術(shù)。

這對工藝的要求是十分嚴(yán)格的，由于摩擦力的作用，截面各處材料流動(dòng)不均，容易在應(yīng)力集中地方產(chǎn)生急劇減薄而發(fā)生破裂。協(xié)調(diào)好壓邊力與沖壓力的關(guān)系，加上良好的潤滑，是實(shí)現(xiàn)鋁合金熱沖壓再次降低材料成本的關(guān)鍵。

當(dāng)然鋁合金作為大范圍量產(chǎn)的輕量化材料固然理想，也有自身的缺點(diǎn)，比如工藝復(fù)雜且后續(xù)維修費(fèi)用高。

總的來說，鋁合金材料可能會首先取代傳統(tǒng)的鋼材成為汽車輕量化的主要材料，但是由于焊接等一系列技術(shù)難題需要攻克，普通車企還不能把此類材料成熟的應(yīng)用到汽車生產(chǎn)中。