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新能源汽车结构轻量化关键工艺的研究

发表时间：2020/8/4 来源：《电力设备》2020年第8期作者：李家富

[导读] 摘　要：随着我国社会经济水平不断的发展和科学技术的不断创新，人们对汽车的质量要求越来越高。

        (广东南天司法鉴定所韶关分所广东韶关 512000)
        摘　要：随着我国社会经济水平不断的发展和科学技术的不断创新，人们对汽车的质量要求越来越高。轻量化技术是当前新能源汽车发展中应用最为普遍的技术，通过新材料的应用、设计的优化等，可以提高汽车的整车性能，更好地满足人们对新能源汽车的需求。
        关键词：新能源汽车：结构轻量化；关键工艺
        引言：轻量化技术在汽车行业的应用具有重要的意义，符合汽车行业可持续发展的要求。该技术的应用，通过现代化的设计理念与手段，优化了汽车的整体设计，提升了汽车的整体性能，降低了燃油消耗，实现了节能减排，提升了汽车的安全性与舒适度，对汽车行业的长远发展具有重要的意义。有关研究表明，轻量化技术在汽车工程中的应用，主要表现在其可以改善汽车的转向、制动等性能，减弱汽车的振动与噪音，因此该技术的应用大大提高了汽车设计的整体水平，推动了我国现代汽车行业的发展。
        1.新能源汽车结构轻量化的意义
        随着我国汽车生产和制造行业飞速发展，在发展的同时保证了汽车的生产技术和安全性能。国家针对汽车的耗能提出了高标准的要求，2012年，国家颁布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》，要求我国基本的乘用型汽车平均耗能在2020年达到5.0L/100km，节能型乘用汽车的平均耗能达到4.5L/100km。针对以上要求，我国汽车生产制造行业必须尽早实现新能源汽车的轻量化设计。从轻量化设计的整体而言，在设计的过程中，设计人员必须严格从新能源汽车自身的特点出发，在整体上对其进行优化设计，进而满足人们对新能源汽车的实际要求，并为我国汽车生产制造行业创造更多的经济效益和社会效益。
        2.新能源汽车结构轻量化工艺中所应用的新型材料
        2.1铝合金
        铝合金是最先采用的轻量化材料，也是目前在汽车上应用最多的轻金属材料。作为汽车上钢铁材料的替代者，铝合金的密度只有钢铁的1/3，导热性比铁高3倍，机械加工性能则比铁高4.5倍，其表面自然形成的氧化膜也具备良好的耐腐蚀性。铝合金的铸造性能也较为突出，适宜于制造薄壁复杂结构铸件。铝材的吸能性也异常突出，对舒适性和安全性都有提高。铝材良好的再生性能使其成为最具有回收价值的汽车工业材料。
        2.2镁合金
        镁合金在汽车中的应用主要包含了结构铸件与非结构铸件。对非结构铸件而言，其不受冲击力的影响，比如汽车的变速器、离合器壳、发电机罩等。而结构铸件受到冲击力的影响，还会承受一定的荷载，往往用于汽车的方向盘、仪表盘、离合器支架等。随着对镁合金材料的开发，其强度逐步提高，具有了更广的适用性，如一些新型的镁合金材料被用于打洞机、外车身等。对镁合金材料而言，其可以实现循环利用，具有良好的节能环保效益。在我国，镁资源分布广泛，加快对镁合金材料的开发与利用具有重要的意义。
        2.3高强度钢
        高强度钢的性能较好、成本较低，其在车身的大部分零件中都具有适用性，有效实现了车身的轻量化设计，在一定程度上提高了汽车的安全性。近年来，在汽车制造与加工中，高强度钢的使用量逐步增多，满足了人们对于汽车的安全性追求。随着高强度钢材料的开发，其强度逐步提高，实践研究表明，在轻量化设计上应用此材料，其效果优于铝合金，且提高了车辆本身的防碰撞等级，在轻量化设计、安全性能提升等方面的优势突出。因此，在汽车加强板、固定板、发动机支架等方面的应用较多。
        2.4钛合金
        钛合金一般用于发动机配气系、曲轴连杆结构等零部件，有些汽车也将该材料用于消声器、车轮等部位。从该材料的应用来看，其最初被应用于赛车。近年来，随着新材料的开发，钛合金材料才逐步开始应用于普通的轿车，但是目前尚没有研究出该材料在车身上的适用性。钛合金材料的性能较好，随着材料开发力度的增大，其生产与加工成本逐年降低，使得该材料未来将具有良好的应用前景。

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        2.5其他新型材料
        在汽车轻量化设计中，可用材料较多，除以上几种外，近年来还逐步应用了一种精细陶瓷，这种材料的物理与化学性能突出，耐热、抗腐蚀，可以在汽车热量较多的部位使用，如发动机燃烧室、热交换位置等。该材料在这些部位的应用大大降低了汽车运行中的燃油消耗。另外，蜂窝夹层材料也是近年来逐步探索的新材料，由于该材料的强度与刚度都较高，且密度较低，因此有在汽车轻量化设计中应用的可能性。玻璃增强材料作为一种新型材料，其具有密度小、强度高、隔热隔音等性能，且其成本较低，在一些复杂的零部件中，这种材料的性能远远优于金属材料，比如保险杠、防撞杆等。纺织复合材料也是一种新型的材料，其力学性能较好，将该材料与现代复合材料结合使用，其材料性能更为突出，更有利于提升汽车轻量化的设计效果。
        3.新能源汽车结构轻量化关键工艺
        3.1半固态铸造工艺
        半固态主要是指液态向固态的转变过程。在汽车零部件的生产中，应用此生产工艺的条件下，金属材料呈现为固态与液态的双重状态，此时，在此温度区间内对其加以加工处理，使得其变为成品形状。因此，这种制造工艺被称为半固态铸造技术。一般情况下，半固态铸造技术包含了流变与触变铸造两种，其在制造与加工的过程中能源的消耗较少，且其工艺操作简单。由于流变铸造的金属输送具有一定的难度，因此此铸造工艺的应用很少。触变铸造是应用较多的工艺，但是其成本高、能源消耗大、工艺复杂，需要进行工艺的改进与优化。
        3.2激光焊接工艺
        在汽车轻量化设计中，激光焊接工艺一般应用复合拼焊板的焊接处理，如果将此焊接工艺应用于汽车零件的制造，可以大大提升零件的整体性能，减轻汽车的自重，使得汽车在运行过程中具有更高的安全性。另外，应用此焊接工艺还可以保证焊接效果，避免汽车加工与制造中材料的消耗，减轻汽车零部件的质量，有利于提高汽车车身设计与加工的整体质量，使得车身可以承受较大的冲击力，提升汽车的安全性。
        3.3液压成型工艺
        液压成型处理方式主要是将需要成型的管件放于密闭的模具中，在管件内腔引入流体介质，提高水的压力，使得管件在水的压力作用下逐步驱动模具变形。这种情况下，模具会逐步成为汽车零部件的形状。这种液压成型技术近年来逐步取代了传统的零件生产工艺，液压成型所生产的零件质量较高，且其制造成本较低，满足了汽车零部件的轻量化设计要求。一般情况下，在汽车制造中，液压成型主要用于排放系统、发动机支架等相关结构件的生产。
        3.4喷射成型工艺
        喷射成型属于一种新型的成型加工方式，这种工艺的作用主要是快速凝固粉末冶金工艺，利用高压惰性气体，在其作用下，金属容易逐步被雾化，此时，金属溶液逐步变为细小的液滴，随后这些液滴会逐步沿着轴向方向飞行。由于液滴的凝固是一个循序渐进的过程，未完全凝固的情况下，会出现部分沉淀物，这些沉淀物的收集利用可以进行其运动方向的把控。
        结束语
        总之，要达到新能源汽车结构轻量化，就要对新能源汽车整体结构进行轻量化设计，并选择更为轻化的新型材料，并运用相关工艺提升新能源汽车结构的耐久性和安全性以及汽车的整体性能，进而促进我国新能源汽车的发展。
        参考文献：
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        [4]吴宪华.电动汽车轻量化发展状况与前景分析[J].决策探索(中),2019(9):75.