汽車輕量化就是為汽車瘦身
汽車輕量化就是為汽車瘦身，在確保穩(wěn)定提升性能的基礎(chǔ)上，節(jié)能化設(shè)計(jì)各總成零部件，持續(xù)優(yōu)化車型。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。
本田NSX車采用了全鋁承載式車身
目前輕量化被最廣泛應(yīng)用的是鋁合金的技術(shù)，1990年9月開始銷售的日本本田NSX車采用了全鋁承載式車身，比用冷軋鋼板制造的同樣車身輕200kg，引起全世界的矚目，近年來奧迪、捷豹、新攬勝都使用了全鋁式的車身結(jié)構(gòu)，鋁合金已經(jīng)成為了一種比較理想的輕量化材料，鋁合金還可以按照添加合金的不同和比例的不同以及制造工藝的區(qū)別，應(yīng)用在車身、車架、制動(dòng)盤、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、氣缸蓋、活塞、進(jìn)氣歧管、搖臂、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置支架、空壓機(jī)連桿、傳動(dòng)器殼體、離合器殼體、車輪、制動(dòng)器零件、把手及罩蓋殼體類等地方。
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(duì)工藝的要求是十分嚴(yán)格的，因?yàn)闆_壓時(shí)摩擦因數(shù)的增大，不僅會(huì)增加壓邊區(qū)材料進(jìn)入成形區(qū)的難度，并且在成形 區(qū)內(nèi)，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(rùn)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。對(duì)于本文，我們不對(duì)鋁合金的材料做重點(diǎn)闡述，我們將主要講解輕量化的其他發(fā)展方向。
碳纖維的春天
當(dāng)然，還有更多的輕量化材料和科技應(yīng)用在現(xiàn)在的汽車當(dāng)中，在文章開篇中提到的第六代寶馬7系所使用的i3與i8輕量化科技，其中就包括了碳纖維車身。
寶馬i3碳纖維座艙 碳纖維的車身多見于超跑，昂貴的價(jià)格一直讓平民車對(duì)其敬而遠(yuǎn)之，寶馬i3的到來刷新了這一領(lǐng)域的歷史價(jià)格，要知道寶馬i3在海外的售價(jià)26.6萬元起，突破了成本的制約，也許汽車碳纖維的春天已經(jīng)到來?
碳纖維材料材料強(qiáng)度可媲美鋼材 寶馬i3的碳纖維座艙，是寶馬與德國(guó)SGL碳纖維公司合資建立全新工廠內(nèi)以高度自動(dòng)化的方式生產(chǎn)的。該材料強(qiáng)度可媲美鋼材，但密度小了50%，甚至比鋁材還低30%。其實(shí)邁凱輪和蘭博基尼都成功地大幅度降低了碳纖維合成材料的生產(chǎn)成本，只是這次寶馬的步履明顯加快了。
碳纖維材料本身并不昂貴，然而要把碳纖維加工成適合車輛行駛、碰撞的成品才真正是其價(jià)值所在。
傳統(tǒng)膠合過程時(shí)間耗費(fèi)大 一般來說，一款超級(jí)跑車承載結(jié)構(gòu)的車身從膠合、烘干到冷卻需要4天時(shí)間，例如帕格尼風(fēng)之子。交錯(cuò)織成的纖維布可形成勻稱的菱形圖案。纖維布已用松脂浸濕(一道化學(xué)過程，即先用化學(xué)制劑進(jìn)行浸漬)，不過在膠合之前必須冷卻，以便松脂在爐中進(jìn)行反應(yīng)?？傊@是一個(gè)頗長(zhǎng)的、幾乎無法使其自動(dòng)化的進(jìn)程，因而也是一個(gè)昂貴的過程。
剁斷碳纖維用于汽車制造的新工藝 所以大大縮短時(shí)間是降低碳纖維成本的一個(gè)方法，邁凱輪和蘭博基尼使用的不是碳纖維布， 而是單個(gè)的、部分是很短且很薄的剁斷碳纖維(Chopped Carbon)。它們被一束束捆起來，在松脂中浸濕，然后使其成形。成形的碳纖維再放進(jìn)由鋼制成的機(jī)器中，在那里加壓升溫(鍛造過程)，引起結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)。
這個(gè)過程必須在6分鐘內(nèi)完成，這樣就恰好適于大批量生產(chǎn)線的進(jìn)程。雖然碳纖維增強(qiáng)合成材料良好的形狀既沒有達(dá)到用化學(xué)制劑進(jìn)行預(yù)處理的完美的菱形，也沒有達(dá)到完美的堅(jiān)固性，但是這種方法得到的材料強(qiáng)度仍然可以和鋼媲美，關(guān)鍵在于重量只是鋼材的二分之一。
碳纖維從跑車過渡到平民用車只是時(shí)間的問題，悄無聲息的戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)展開，2011年，寶馬和大眾競(jìng)就相增持碳纖維供應(yīng)商西格里(SGL)的股權(quán)。12月2日，德國(guó)寶馬宣布與美國(guó)波音航空公司展開合作。共同開發(fā)碳纖維材料技術(shù)，用于新型汽車和飛行器。這次合作意味著寶馬與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手大眾再次爭(zhēng)奪碳纖維技術(shù)領(lǐng)域的伙伴，大眾業(yè)已通過旗下的蘭博基尼品牌與波音達(dá)成碳纖維方面的合作。
順便說一句改裝市場(chǎng)充斥的各種所謂的碳纖維，山寨能力絕對(duì)堪稱一流，但是價(jià)格確實(shí)相差很多。所以您在購(gòu)買的時(shí)候一定要多比較，二者的不同也是非常明顯的。
鎂合金的前景
鎂的密度約為鋁的2/3，在實(shí)際應(yīng)用的金屬中是最輕的 雖然碳纖維能夠用于制造汽車的很多部位，但是全部使用碳纖維是不可能的，所以，你也會(huì)發(fā)現(xiàn)，很多汽車所使用的輕量化技術(shù)是多元化的，各種輕量化的材料齊上陣，鎂合金也是其中的一種。
鎂的密度約為鋁的2/3，在實(shí)際應(yīng)用的金屬中是最輕的。鎂合金的吸振能力強(qiáng)、切削性能好、金屬模鑄造性能好，很適合制造汽車零件。鎂合金大部分以壓鑄件的形式在汽車上應(yīng)用，鎂壓鑄件的生產(chǎn)效率比鋁高30%~50%。新開發(fā)的無孔壓鑄法(Pore Free Diecast)可生產(chǎn)出沒有氣孔且可熱處理的鎂壓鑄件。
鎂合金車輪輪輞 鎂鑄件在汽車上使用最早的實(shí)例是車輪輪輞。在汽車上應(yīng)用鎂合金的實(shí)例還有離合器殼體、離合器踏板、制動(dòng)踏板固定支架、儀表板骨架、座椅、轉(zhuǎn)向柱部件、轉(zhuǎn)向盤輪芯、變速箱殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置、氣缸蓋和氣缸蓋罩蓋等。
奔馳SL/SLK跑車折疊鎂合金車頂框架結(jié)構(gòu) 奔馳SL/SLK跑車折疊車頂框架結(jié)構(gòu)鎂合金壓鑄件獲得歐洲鎂協(xié)2011年度汽車鎂應(yīng)用創(chuàng)新一等獎(jiǎng)。在2012年歐洲鎂協(xié)20屆年會(huì)上，來自奔馳汽車公司的專家介紹了鎂合金在奔馳汽車中的應(yīng)用，特別是奔馳新一代SLK跑車折疊車頂框架是由四個(gè)鎂合金壓鑄件組成，分別是車頂框架(3825g)、后窗框架(2075g)、左右C柱(980g)。這些鎂合金壓鑄件都在奔馳Esslingen-Mettingen的鎂壓鑄廠生產(chǎn)。
美國(guó)通用汽車公司計(jì)劃擴(kuò)大輕量化零部件在汽車中的應(yīng)用。通用汽車公司開發(fā)出了采用熱成型加工鎂合金板材零部件并且可以防止腐蝕的方法，并且正在對(duì)開發(fā)出的零部件進(jìn)行測(cè)試。通用使用的鎂合金防腐蝕的方法是盡量減少兩塊材料之間的鉚合，能使用一整塊鎂合金就不將其分成兩塊。另外，還要在鎂合金的表面刷上防氧化腐蝕的化學(xué)制劑。想了解更詳細(xì)的內(nèi)容，可以點(diǎn)擊以上的擴(kuò)展閱讀。
采用此種方法，可以用高強(qiáng)鎂合金板材來替代鋼和鋁板材件。通用汽車公司已經(jīng)對(duì)該方法申請(qǐng)了專利。該方法將鎂材料加熱到450°C后進(jìn)行熱成型。通用汽車公司已經(jīng)采用該方法開發(fā)出了用于汽車后備箱蓋的板材件，并成功通過了相關(guān)沖擊測(cè)試。
通用公司將推廣鎂合金在汽車上的使用 由于鎂制車身板件的應(yīng)用，可以得到更好的車身操控，更佳的性能表現(xiàn)以及更經(jīng)濟(jì)的燃油成本，更輕的車身將在整體層面上提升車輛的性能。
相比于鋁制板材件，鎂合金車身板件的成本要高出3至4倍 鎂合金在汽車上的應(yīng)用雖然很早就開始展開，但是目前鎂合金并沒有廣泛的推廣開來，估計(jì)通用會(huì)是最早將鎂合金在汽車行業(yè)量產(chǎn)推廣的公司，在制造加工方面，制造薄板的鎂合金包含有96%的鎂、3%的鋁以及1%的鋅，并且需要在約450攝氏度的環(huán)境下以一個(gè)非常慢的過程進(jìn)行沖壓成型。這使得制造的工藝要求和制造成本非常高。相比于鋁制板材件，鎂合金車身板件的成本要高出3至4倍。另外，由于鎂合金板材的特殊性，在修復(fù)工藝方面或許與傳統(tǒng)的鋼鐵板件存在一定差異。
因此，室溫下的制造是鎂合金的研究方向，可以更好的控制鎂合金制件的成本。今天鎂在汽車制造業(yè)中的情形，就好像鋁材料在25年前一樣;而日后對(duì)鎂合金更加廣泛的應(yīng)用將會(huì)最終把成本攤薄。
