沈阳金杯车辆制造有限公司 辽宁沈阳 110000
摘要：我国经济建设最近几年发展非常快速，使得我国道路建设发展迅速，推动我国汽车行业的不断进步。随着经济快速发展，能源短缺、环境污染等问题日益明显，而汽车数量猛增使得问题日益严重，节能减排成为各主机厂努力的目标。
关键词：汽车轻量化；高分子材料成型加工
引言
近年来，我国高新技术的不断进步带动我国快速进入现代化发展阶段，给予了各行业更大的发展空间。现代汽车除了满足强度、刚度和使用寿命的要求以外，节能减排和环保也越来越受到关注。汽车轻量化已经成为汽车生产中的一个重要研究内容，以塑代钢是目前轻量化途径中比较常见的一种形式。质轻、高强、易成型的高分子材料在汽车工业中应用越来越广泛。汽车轻量化用高分子材料成型加工方法也随着汽车轻量化的需求而发展起来。
1汽车轻量化设计的重要意义
目前，我国汽车制造行业通过充分利用新能源，缓解因汽车数量增加导致的生态气候污染严重问题，从根本上保障了地区的可持续发展。现阶段，国内汽车制造尚未积累丰富经验，在汽车性能、续航能力以及能耗等方面依然存在较大的提升空间。而汽车轻量化技术的应用，可以提高汽车的舒适性、转向响应、操控稳定性及安全性，同时可以节省材料，降低制造成本。
2汽车轻量化用高分子材料成型加工
2.1装饰部件的塑料化
汽车内饰件中的隔板、仪表盘、车板座椅、门把手以及车内饰件都是采用高分子复合材料。要求材料满足低光泽、防划伤、耐冲击的要求。对于仪表盘，要求耐高温、高强度、防刮伤。对于隔板则侧重于轻便和低光泽。座位则采用了轻质的皮革，要求缓冲能力强，能提升座椅的舒适度。相对于内饰件，外饰件主要用于制造汽车的保险杆、格栅、翼子板。保险杠以塑代钢，用具有弹性的材料制造，具有较大的变形，在车辆冲撞时依靠大变形缓冲能量，保护车身。格栅用于冷却汽车前置发动机温度而特定设置的汽车外饰，要求硬度大。汽车内外饰件对汽车整体运行影响不大，质轻、亮泽和流畅的设计曲线是材料的首选特色。其不但彰显了车辆的档次，更能成为轿车声誉和人们购买欲的立足点，主导了车辆新潮流。对于家庭轿车来讲，内外饰件不是结构件，只具有功能要求，但它们却担负了减轻震动、隔离热源、阻隔噪音及装饰功能，对汽车的舒适性起到十分重要的作用。汽车内外饰件塑料消耗量大，几乎占据了整车塑料用量的50%左右。传统内外饰件采用了金属、纤维制品，重量降不下来，外观和手感欠缺。环保和节能减排意识日趋浓郁，纤维增强热塑性材料以其质轻、高强、耐腐蚀、表面光滑、成本低等一系列优点，因此受到人们的欢迎。
2.2轻量化前下防护设计
1.材料选择，材料选用较为明确:低密度，高流动性、高韧性、高强度和高刚性。文中前下防护横梁和安装支座材料选PP-GF50，T型钣金件选B510L。2.前下防护性能要求，按照商用车前下部防护法规GB26511—2011要求，必须要有足够的阻挡力以抵抗车辆碰撞，同时要满足环境(如高温、高寒、振动、盐雾腐蚀等)特殊要求。3.轻量化前下防护结构设计，轻量化前下防护结构包括:T型钣金件、塑料横梁和内嵌螺栓、支座。此结构优点明显:(1)T型钣金件与塑料横梁一体注塑成形，结构简单、连接可靠;(2)T型钣金件设置在塑料横梁一侧，碰撞时T型钣金件可以提供有效的碰撞接触点，保护塑料横梁，避免塑料横梁碰撞损坏;(3)内嵌螺栓直接注塑在塑料横梁内，简化了安装结构，方便安装。
2.3拓扑优化
目前在汽车轻量化设计中，拓扑优化方法是最有潜力，也是近年来研究进展较大、使用较广的结构优化方法，在产品的结构概念设计中应用居多。拓扑优化结构分为2种，分别为连续型结构和离散型结构，先根据待优化结构件与其旁边构件的方位关系来划分设计区域，进而保证不对其他零件产生干涉以免妨碍其正常工作；再在划分好的设计区域中根据材料的力学性能参数建立符合约束条件的目标函数；最后求得材料的最优分布状况和传力最佳途径使得结构的某些性能指标达到最佳。因此它相对于其他结构优化有一定的优势，可以大大提高设计的效率、减少开发和验证时间、提高成产效率、降低成本。
2.4智能变温材料
在夏天，汽车被太阳直晒一段时间后的车内高温，虽然可以通过空调去解决，但空调降温也需要一段时间，并不能立刻解决该问题。特别是处于汽车电动化发展的现阶段，使用大功率的空调影响电动汽车的行程以及电池的使用寿命。此外还有一种降温方式就是提高阳光热量的反射效率和降低阳光热量的吸收效率。比如2020年夏天，梅赛德斯-奔驰将推出最新款E级轿车，该E级敞篷车型配备一种反光皮革。在太阳光直射的情况下，与其他未经处理的皮革相比，此种皮革可以让车辆的温度低高达13℃。类似于这种不耗电且能控制汽车内部温度的材料将是理想的替代品，而未来的智能变温材料有可能解决这个问题。人类复杂的静脉血管网络可以让身体在夏天保持凉爽，受此启发，科学家开始研究在外界气温变化时可智能变温的材料。智能变温材料变温时不会耗电，节能，是未来汽车材料发展的一大趋势。
2.5结构材料的塑料化
汽车轻量化技术除了应用于内外装饰件，逐步向车身覆盖件和结构件方面发展。汽车结构件应用前景广阔，应是未来发展的主打方向，并兼具环保功能。由法国Saint Gobian Vetrotex公司研发出的长玻纤增强热塑性复合材料，命名为Teintex系列。2002年的时候，该公司将该材料推向美国市场，命名为TwintexPET，获得了美国市场的欢迎，该产品冲击强度大，效果显著，能够满足汽车结构部件的性能要求。英国Thompson塑料集团的汽车工业分公司，集成Cannon公司的玻纤增强聚氨酯Interwet技术，很好的实现了结构材料的轻量化。该制造工艺是在模具内部铺塑料薄膜，后续喷上一层聚氨酯-短切玻纤维混合物，该层材料通过纤维-聚氨酯材料增强。通过该技术促使塑料厚度从4mm降到2mm。通过这种方法制造出来的零件耐磨性、抵御噪声和震动性能也有所提高。通过技术革新，将这种工艺运用到发动机侧板、气门套、进气管道、内部零件如后尾箱、行李架、座椅和仪表板的制造。这种工艺集成了聚氨酯结构坚硬、负载强度高、抗冲击性好、隔热、耐磨、耐溶剂和油脂的优点与热塑性表皮耐紫外线、表面光洁、防刮擦、易上色和抗化学物质的优点。该公司计划在覆盖件等复合部件制造中利用这种工艺，在降低成本的同时能够提升质量。随着塑料工业的发展，各种新型合成树脂不断出现以及通过合金、共混、复合等改性手段得到各种高性能材料已能够满足汽车行业对结构型塑料件及其所用材料提出的各种综合性能指标要求。
结语
汽车轻量化引领了未来汽车工业发展的风向标，是汽车工业发展的一个重要方向。结合节能降耗绿色环保等终极要求，汽车轻量化在未来拥有巨大的发展空间。总结上述汽车材料应用现状及未来发展趋势的分析，可以看出必须对汽车轻量化用高分子材料成型加工的研发从战略高度加以重视，也要顺应未来汽车发展的潮流。
参考文献
[1]杜行.新型材料和工艺在汽车轻量化中的应用[J].科技创新与应用，2019（5）：148-150.
[2]范子杰，桂良进，苏瑞意.汽车轻量化技术的研究与进展[J].汽车安全与节能学报，2014，5（1）：1-16.
[3]朴明洙，金妍青.汽车轻量化对金属材料的需求[J].石油商技，2018，36（5）：42-47.
[4]于艳敏.新能源汽车轻量化技术应用现状[J].汽车工程师，2018（11）：51-53.