汽車輕量化技術(shù)(

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1、2-2943-294 4-294過去十年我國汽車產(chǎn)量分布圖過去十年我國汽車產(chǎn)量分布圖 伴隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程，汽車工業(yè)的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，已成為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。 據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)顯示，2009年我國汽車產(chǎn)量達(dá)到1379萬輛，首次超越美國，成為世界第一大汽車世界第一大汽車生產(chǎn)國。生產(chǎn)國。5-294 截至目前，我國達(dá)到了7619萬輛。經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的北京、上海、廣州、深圳等城市的機(jī)動(dòng)車保有量均超過150萬輛，而北京市則達(dá)到401.9萬輛，私人轎車擁有率接近60。汽車保有量已突破50萬輛。6-294 汽車在給人們的出行帶來方便的同時(shí)，也產(chǎn)生了、和三大問題。如何應(yīng)對(duì)三大問題，各國政府都提出

2、了相應(yīng)的措施。包括制定條令法規(guī)，如油耗法規(guī)，安全法規(guī)以及排放法規(guī)。車重與燃油利用率的關(guān)系車重與燃油利用率的關(guān)系 油耗與油耗與CO2排放關(guān)系排放關(guān)系7-294 20世紀(jì) 70年代的兩次石油危機(jī) ,促進(jìn)汽車工業(yè)提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。80年代中期以后，保護(hù)人類居住和賴以生存的環(huán)境又一次推動(dòng)汽車工業(yè)提高燃油經(jīng)濟(jì)性和排放。 BP世界能源統(tǒng)計(jì)2008的數(shù)據(jù) , 2007年全球石油產(chǎn)量為 8 150萬桶 ,按照這一數(shù)字 ,全球石油儲(chǔ)量可滿足 40年的需求;目前美國53 %依賴進(jìn)口石油 ,歐洲高達(dá) 76 % ,日本幾乎全部依賴進(jìn)口 ,中國石油對(duì)外依存度接近 50 %。在各行業(yè)的石油消耗中 ,汽車工業(yè)是耗油大戶。8

3、-29419901990年以來中國石油消費(fèi)年以來中國石油消費(fèi) 的供應(yīng)能源的供應(yīng)能源 汽車燃油在我國石油汽車燃油在我國石油 消費(fèi)中的的增長情況消費(fèi)中的的增長情況 美國各個(gè)產(chǎn)業(yè)的美國各個(gè)產(chǎn)業(yè)的 溫室氣體排放情況溫室氣體排放情況9-294歐盟 ,北美 ,日本等都制定了嚴(yán)格的燃油經(jīng)濟(jì)型指標(biāo) ,如的 CAFE ( Corporati on Average Fuel Economy)規(guī)定乘用車燃油消耗27.5英里/加侖 (約11 . 8 km /L)。輕型貨車不低于 8 . 8 km /L。規(guī)定 2010年汽油乘用車燃油經(jīng)濟(jì)性為 15 km /L,比1995年提高22 . 8 % ,柴油乘用車比 1995

4、年燃油經(jīng)濟(jì)性提高 14 . 9 % ,達(dá)到 12 km /L。乘用車燃油經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)為 18 . 8 km /L, 2009年單車平均排放CO2減少到 140 g/km。10-294 為應(yīng)對(duì)全球變暖 ,全世界已有 140多個(gè)國家簽訂了京都議定書,我國于 2004年開始實(shí)施乘用車燃料消耗量限制標(biāo)準(zhǔn) , 2010年乘用車平均油耗比2003年下降 15 %。 大氣中大氣中 CO2含量的變化情況含量的變化情況11-294 研究表明 ,約 75 %的油耗與整車質(zhì)量有關(guān) ,降低汽車質(zhì)量就可有效降低油耗以及排放。目前 ,大量研究表明 ,汽車質(zhì)量每下降 10 %，油耗下降 8 % ,排放下降 4 %。美國在歐洲

5、全順車的實(shí)驗(yàn)表明 ,在滿足歐 標(biāo)準(zhǔn)條件下 ,每百公里油耗 Y與自重 X滿足以下關(guān)系 對(duì)商用車的研究表明 , 汽車質(zhì)量每減少1 000 kg,油耗可降低 6 %7 %。油耗的下降 ,意味著 CO2 ,氮氧化物 (NOx)等有害氣體排放量的下降。據(jù)報(bào)道 ,在美國汽車質(zhì)量如果減少 25 % ,燃油消耗按減少 13 %計(jì) ,一年可節(jié)省 2 . 7億桶石油 , 每消耗 1 L燃油 ,將產(chǎn)生 CO2 22 . 5 kg。12-294除空氣動(dòng)力學(xué)阻力之外 ,車子運(yùn)動(dòng)的各類阻力都和車子質(zhì)量呈線性關(guān)系 各類車型的燃油效率與車身自重的關(guān)系各類車型的燃油效率與車身自重的關(guān)系 汽車自身質(zhì)量對(duì)燃油消耗的影響汽車自身質(zhì)量

6、對(duì)燃油消耗的影響諸多乘用車，車重減少 100 kg,每升油多行駛 1 km13-294l汽車質(zhì)量的減少 ,會(huì)減小動(dòng)力和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)荷 ,可在較低的牽引負(fù)荷下表現(xiàn)出同樣或更好的性能。Lotus公司證明 ,簧載質(zhì)量下降 ,明顯提高行駛平穩(wěn)性和舒適性。為提高轎車安全性等性能 ,增加一些輔助裝置 ,導(dǎo)致車的質(zhì)量增加 ,這些又需要通過輕量化予以補(bǔ)償。又如 ,混合動(dòng)力汽車 ,由于增加了混合動(dòng)力系統(tǒng)裝置而增加了車重。如果在混合動(dòng)力汽車中實(shí)現(xiàn)輕量化 ,不但可以減少油耗 ,還可以降低制造費(fèi)用。14-294 ，輕量化的設(shè)計(jì)是降低重量而保持原功能不變，其輕量化的效果是直接的減重；，輕量化設(shè)計(jì)是完善功能而保持質(zhì)量

7、不變；。 15-29416-29417-294l自上世紀(jì)70年代以來，隨著材料技術(shù)和制造技術(shù)的進(jìn)步，汽車自身重量在逐年減少，以美國為例，上世紀(jì)80年代初，中型轎車的平均質(zhì)量為1520KG；90年代初下降至1475KG；90年代末下降至1230KG；19851995年期間，轎車質(zhì)量平均每年減少0.9%。20世紀(jì)末和本世紀(jì)初世界各國先后出現(xiàn)過百公里油耗3L的汽車，這類汽車的質(zhì)量基本處在750850KG之間，比現(xiàn)今同類車輕50%。1998年德國大眾推出路波3L TDI，汽車自身質(zhì)量只有800KG。奧迪公司開發(fā)全鋁型轎車AuDi A2,汽車自身質(zhì)量只有895990KG。商用車的自身質(zhì)量也在減少，以意大

8、利依柯維商用車為例，2004年其駕駛室的質(zhì)量已降為960KG，減少40%。 18-294 影響美國最深的當(dāng)屬“平均燃油效率標(biāo)準(zhǔn)”（CAFE）與“新一代汽車共同開發(fā)計(jì)劃”（PNGV）。PNGV計(jì)劃于1993年開始實(shí)施，政府每年投資2億美元，主要用于家庭用車的減重。 美國總統(tǒng)奧巴馬2009年5月公布了一項(xiàng)汽車節(jié)能減排計(jì)劃，目標(biāo)是到2016年，美國國內(nèi)生產(chǎn)的客車和輕型卡車百公里耗油不超過6.62L，CO2排放量也比現(xiàn)有車輛減少1/3。這項(xiàng)計(jì)劃2012年開始實(shí)施，將使美國在20122016年減少使用原油18億桶，溫室氣體排放量將減少9億噸。 歐洲和日本不僅在降耗減排方面推行了相關(guān)政策，而且對(duì)廢舊車輛回

9、收也作出了嚴(yán)格規(guī)定。如日本2001年規(guī)劃由拋棄型進(jìn)入循環(huán)型的社會(huì)發(fā)展模式，推行全回收或零廢棄的觀念。其實(shí)，2001年以前，日本已有相關(guān)法令推行綠色設(shè)計(jì)及綠色采購。19-294改善燃油效 率的做法 超低燃油消耗車的開發(fā) 日本日本 2010年燃油效率提高24%（與1995年比） 燃油效率的規(guī)定不按 照企業(yè)平均量，而按照汽車等級(jí)來區(qū)分 緊盯美國加州法令，加速開發(fā)汽油/電池混合車 美國美國貫徹執(zhí)行企業(yè)平均燃油效率CAFE政策。 以PNGV（新一代汽車合作 計(jì)劃）計(jì)劃推動(dòng)3L/100km 車的開發(fā)（2004年） 加州2009年起達(dá)成CO2的企業(yè)平均限制法。 PNGV計(jì)劃正在開發(fā)全鋁車體： GMPrece

10、pt； FordProdigy；Chrysler 歐洲歐洲汽車業(yè)自我限制，2008年新車的平均CO2排放標(biāo)準(zhǔn)為140g/km (5.9L/100km)批量生產(chǎn)出全球首部燃油效率為3L/100km的車VWLupo 3L/100km概念車 領(lǐng)先開發(fā)燃料電池車 發(fā)表豐田ES3(*) ESX2三種 燃料電池車 燃料電池車 *超級(jí)燃油效率概念車，燃油效率為超級(jí)燃油效率概念車，燃油效率為2.7L/100km （CO271g/km） 主要汽車生產(chǎn)國輕量化與改善燃油效率值的策略主要汽車生產(chǎn)國輕量化與改善燃油效率值的策略 20-294 國際鋼鐵協(xié)會(huì)首先開展了超輕鋼汽車車身UISAB項(xiàng)目，參加該項(xiàng)目的有來自5大洲

11、18個(gè)國家的35家鋼鐵企業(yè)。該項(xiàng)目于1994年啟動(dòng)，1998年結(jié)束，主要目標(biāo)是減小車身質(zhì)量、提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提高安全性、簡化制造工藝及降低生產(chǎn)成本。 與UISAB相關(guān)的項(xiàng)目還有UISAC和UISAS兩項(xiàng)目，前者是將高強(qiáng)度鋼應(yīng)用在汽車車身覆蓋件上，后者是采用高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度材料以及一些先進(jìn)的制造技術(shù)來生產(chǎn)輕量、廉價(jià)和性能良好的懸架系統(tǒng)，目標(biāo)是通過采用新的鋼材及設(shè)計(jì)，將懸架質(zhì)量減小20%。 國際鋼協(xié)1998年3月開始在全球?qū)嵤︰ISAB-AVC計(jì)劃，該項(xiàng)目是從整體上研究開發(fā)新一代鋼鐵材料汽車結(jié)構(gòu)（車身、覆蓋件、懸架系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)支架及所有與結(jié)構(gòu)、安全相關(guān)的部件）。 世界各大鋁業(yè)公司也結(jié)成了汽車鋁材聯(lián)盟

12、，如美國汽車材料合作伙伴（USAMP）。21-29422-29423-294 2004年我國出臺(tái)國家標(biāo)準(zhǔn)，以期從長遠(yuǎn)角度提高能源利用率，并促進(jìn)汽車輕量化的發(fā)展，分階段實(shí)施。 2009年初出臺(tái)的“”，其中規(guī)定購買1.6L及以下的小排量汽車可減免5%的車輛購置稅。24-294l 近年來 ,我國在汽車輕量化技術(shù)方面取得了不少成果。 “九五”和 “十五”期間,一批汽車新材料項(xiàng)目被列為國家 “863” 、 “973”高新技術(shù)項(xiàng)目和國家科技攻關(guān)重大項(xiàng)目。 促進(jìn)了汽車輕量化技術(shù)的進(jìn)步。l 九五“期間,我國進(jìn)行了鋁合金材料和鑄件生產(chǎn)成套工藝技術(shù)的開發(fā)研究,開發(fā)出了多種鑄造合金和高性能軸瓦材料：耐熱鋁合金、高強(qiáng)

13、高韌鋁合金、鋁基復(fù)合材料等新材料的研究取得了較大進(jìn)展。 半固態(tài)成型、快速凝固等先進(jìn)成型技術(shù)研究與應(yīng)用也取得了突破。一汽等幾大汽車生產(chǎn)廠家都有自己的鋁合金鑄造生產(chǎn)線； 湖南大學(xué)也正在進(jìn)行汽車大型鋁合金結(jié)構(gòu)件整體鑄造成形技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的研究； 重慶汽車研究所、西南鋁、東北大學(xué)和一汽都進(jìn)行了鋁合金板材的成形性研究。25-294l “十五”期間，我國將鎂合金應(yīng)用與開發(fā)列為材料領(lǐng)域重點(diǎn)項(xiàng)目,一汽、東風(fēng)、長安等汽車企業(yè)建立了壓鑄鎂合金生產(chǎn)線 重慶汽車研究所在鎂合金零件的性能測試、疲勞試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬等方面做了大量的工作： 上海交大、湖南大學(xué)、重慶大學(xué)等高校就鎂合金的強(qiáng)韌化、耐蝕性、阻燃性和抗高溫蠕變性等開

14、展了較深入的研究。l 目前 ,國內(nèi)汽車輕量化材料正在加速發(fā)展 ,車用高性能鋼板、鎂合金已在汽車上有所應(yīng)用。如上海大眾桑塔納轎車變速器殼體采用鎂合金。上世紀(jì) 80年代,重慶汽車研究所就開展了雙相鋼研究；一汽轎車、奇瑞汽車公司也在轎車車身上進(jìn)行了高強(qiáng)度鋼板的初步應(yīng)用試驗(yàn)。26-294l 在汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面 ,國內(nèi)已從主要依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)逐漸發(fā)展到應(yīng)用有限元等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算和分析階段。目前出現(xiàn)了一批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車車身模具開發(fā)技術(shù)， 如湖南大學(xué)與上汽通用五菱在薄板沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)理論方面開展了較深入的研究； 北京航空航天大學(xué)開發(fā)了CAD系統(tǒng)CAXA。 并已經(jīng)開展了客車輕量化技術(shù)的

15、研究，利用有限元法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。以減少車身骨架、發(fā)動(dòng)機(jī)和車身蒙皮的重量等。27-294l目前，我國汽車輕量化技術(shù)無論在理論研究方面還是在實(shí)際應(yīng)用方面與國外均有較大差距。輕量化技術(shù)的發(fā)展主要面臨如下問題： l 需要運(yùn)用多學(xué)科交叉融合所形成的綜合性、系統(tǒng)性知識(shí)體系,而在目前的研發(fā)體系下，各研發(fā)機(jī)構(gòu)往往只注重單個(gè)技術(shù)的研發(fā)很少開展各技術(shù)間的交叉與融合l 其關(guān)鍵、核心技術(shù)的突破不可能由單個(gè)企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)獨(dú)立完成。必須要由國家級(jí)的研究機(jī)構(gòu)對(duì)其關(guān)鍵、重大問題進(jìn)行戰(zhàn)略性和前瞻性的超前部署。而目前此類機(jī)構(gòu)尚未建立。l 沒有明確定位、合理分工?；A(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)研究的有機(jī)銜接不夠。企

16、業(yè)規(guī)模小而分散。輕量化技術(shù)開發(fā)能力薄弱，研發(fā)人才短缺，工藝水平落后。28-29429-294 、合金材料是所有現(xiàn)用金屬材料中密度較低的輕金屬材料(鎂合金約1.74g/cm3, 鋁合金約2.7g/cm3，鈦合金約4.51g/cm3。而鋼的密度約7.8g/cm3），因而成為汽車減輕自重，提高節(jié)能性和環(huán)保性的首選材料。時(shí)間自身質(zhì)量kg1970l585198013751990l3121995l27021世紀(jì)l200美國轎車平均自身質(zhì)量變化情況表美國轎車平均自身質(zhì)量變化情況表30-294（1）苛刻的安全法規(guī)要求用提高汽車主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性的 眼光來完善汽車的安全設(shè)計(jì) ；（2）選用輕金屬材料是節(jié)油和降

17、低排放的重要方法；（3）選用輕金屬材料是提高汽車動(dòng)力性、舒適性和提高競爭力的 方向 大眾路波牌轎車奔馳E系列轎車奧迪A2型轎車奧迪A6型轎車福特新型P2000轎車福特Taurus牌轎車BMW公司3系轎車50.563.034.058.324.066.056.716.46.028.812.837.09.011.514.08.024.617.114.519.123.012.611.839.025.031-294 自70年代開始，汽車用鋁量不斷增加。作為一種輕質(zhì)材料，鋁合金正日益受到汽車制造企業(yè)的青睞。目前，全世界耗鋁量的1215以上用于汽車工業(yè)。有些發(fā)達(dá)國家已超過25。2006年歐美日的小汽車平均用

18、鋁量已經(jīng)達(dá)到127kg/輛。歐洲鋁協(xié)(EAA)預(yù)測：在2015年前,歐洲小汽車用鋁量將增至300kg/輛。32-294比強(qiáng)度高比強(qiáng)度高彈性好彈性好導(dǎo)熱性好導(dǎo)熱性好易加工易加工回收率高回收率高耐蝕性好耐蝕性好耐磨耐磨密度小密度小=2.7g/cm3鋁及鋁合金鋁及鋁合金33-294西南鋁業(yè)集團(tuán)調(diào)查顯示，鋁合金的回收率在80%以上。約60%的汽車用鋁來自廢料 汽車輕量化，節(jié)能降耗，有利環(huán)保 汽車鋁合金零部件回收再利用率高 提高燃油效率，加大載重能力 減少工序，提高裝配效率 安全舒適34-294：35-294部件系統(tǒng)部件系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)底盤行走底盤行走系統(tǒng)系統(tǒng)其它系統(tǒng)其它系統(tǒng)部件

19、部件零件名稱零件名稱 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、活塞、進(jìn)氣管、水泵殼、發(fā)動(dòng)機(jī)殼、啟動(dòng)機(jī)殼、搖壁、搖壁蓋、濾清器底座、發(fā)動(dòng)機(jī)拖架、正時(shí)鏈輪蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、分電器座、汽化器等 變速箱殼、離合器殼、連接過濾板、換擋拔叉、傳動(dòng)箱換擋端蓋 橫梁、上下壁、轉(zhuǎn)向機(jī)殼、制動(dòng)分泵殼、制動(dòng)鉗、車輪、操縱等 離合器踏板、剎車踏板、方向盤、轉(zhuǎn)向節(jié)、發(fā)動(dòng)機(jī)框架、ABS系統(tǒng)部件汽車用鑄造鋁合金的主要部件系統(tǒng)汽車用鑄造鋁合金的主要部件系統(tǒng)36-294變形鋁合金的主要部件系統(tǒng)變形鋁合金的主要部件系統(tǒng)車身系統(tǒng)部件車身系統(tǒng)部件熱交換器系統(tǒng)部件熱交換器系統(tǒng)部件其他系統(tǒng)部件其他系統(tǒng)部件 發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂篷、車門、冀子板、行李箱蓋、地板、車身骨

20、架及覆蓋件等 發(fā)動(dòng)機(jī)熱交換器、機(jī)油散熱器、中冷器、空調(diào)冷凝器和蒸發(fā)器等 沖壓車輪、座椅、保險(xiǎn)桿、車廂低板及裝飾件等37-294零件名稱進(jìn)氣歧管汽缸體發(fā)動(dòng)機(jī)罩轉(zhuǎn)向機(jī)殼變速器殼制動(dòng)鼓水泵殼油泵殼鑄鐵件 質(zhì)量3.518.08012018273.64.513.523.05.59.01.85.81.42.3鑄鋁件 質(zhì)量1.89.013.532.06.811.41.41.85.08.21.83.60.72.30.50.9 質(zhì)量比（鐵：鋁）（1.92）：1（3.85.9）：1（2.42.6）：1（2.52.6）：1（2.72.8）：1（2.53.1）：1（2.52.6）：1（2.82.6）：1零件名稱 前后

21、上 操縱杠懸掛支架 轉(zhuǎn)向操縱桿萬向接頭托架吸振軸承懸掛支架 軸承 轉(zhuǎn)向桿 軸承 鋼件 質(zhì)量1.551.852.106.950.190.1850.300.37 鋁件 質(zhì)量0.550.701.103.900.120.130.140.28 質(zhì)量比（鋼：鋁）2.8：12.6：11.9：11.8：11.6：11.4：12.1：11.3：1鋁材代替鑄鐵和鋼材零件的質(zhì)量對(duì)比鋁材代替鑄鐵和鋼材零件的質(zhì)量對(duì)比 kg38-294 從上表可知，汽車每使用1 kg鋁，可減輕自重2.25 kg，減重效應(yīng)高達(dá)125%，在汽車整個(gè)使用壽命周期內(nèi)可減少廢氣排放20 kg。此外，鋁回收簡便，是除鋼鐵以外能最大限度回收利用的材料

22、，幾乎90%的汽車用鋁可以回收并循環(huán)利用。鋁具有良好的物理和化學(xué)性能，工業(yè)生產(chǎn)中的鑄、鍛、沖工藝均能適用，是可采用多種鑄造工藝制造零件的少數(shù)幾種金屬材料之一，最適于應(yīng)用廣泛的壓力鑄造工藝。但鋁合金的成本仍高于鋼鐵材料。39-294 鋁合金的主要優(yōu)點(diǎn)是重量輕，散熱性好。隨著發(fā)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，四氣閥結(jié)構(gòu)成為發(fā)動(dòng)機(jī)的主流設(shè)計(jì)趨勢。與兩氣閥發(fā)動(dòng)機(jī)相比，每缸四氣閥的氣缸蓋比每缸兩氣閥的氣缸蓋在工作時(shí)要產(chǎn)生更多的熱量，采用全鋁合金缸蓋是最好的解決辦法。 目前，轎車發(fā)動(dòng)機(jī)部件中不僅活塞、散熱器、油底殼缸體采用鋁合金材料，而且缸蓋、曲軸箱也采用這種材料。在目前的形式下，在發(fā)動(dòng)機(jī)上采用鋁合金替代鑄鐵已經(jīng)成為主流趨

23、勢。1 1 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 法國汽車的鋁汽缸套已達(dá)100，鋁汽缸體達(dá)45%。在未來幾年里，隨著高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋁合金材料的開發(fā)成功和制造工藝的不斷改進(jìn)，鋁合金材料將愈來愈多的用來制造這一類零部件。40-294 德國大眾先進(jìn)的6.0L W12發(fā)動(dòng)機(jī)采用的基本上都是鋁鎂合金，奧迪A8L 6.0 quattro轎車上因采用W12發(fā)動(dòng)機(jī)，整車重量隨之被降低到1980kg，低于所有其他車型。而W12引擎450馬力、560Nm的強(qiáng)勁動(dòng)力，使其單位馬力需加速的重量僅為4.7kg，堪與高性能跑車相媲美。大眾最先進(jìn)的大眾最先進(jìn)的6.0L W126.0L W12發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)41-294北極星北極星V8V8發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 北

24、極星系列引擎是通用旗下除了LS引擎系列外最頂級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)，它是美國首款頂置凸輪軸的V8鋁合金的引擎。它的汽缸套由全鋁合金壓鑄而成。目前廣泛應(yīng)用于凱迪拉克上的4.6升發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率320馬力，最大扭矩427Nm。而應(yīng)用于高性能V系列的機(jī)械增壓款更可高達(dá)476馬力/606Nm。42-294 汽車廣泛應(yīng)用的鋁制輪轂是鋁合金在汽車上應(yīng)用的一個(gè)例子，幾乎所有的新車型都采用了鋁合金輪轂。 馬自達(dá)跑車輪轂馬自達(dá)跑車輪轂福特福特Focus鋁合金輪轂鋁合金輪轂：減重、省油增加發(fā)動(dòng)機(jī)壽命散熱好真圓度好堅(jiān)固耐用美觀43-2944 4輪轎車與客車輪轎車與客車8 8輪中型汽車輪中型汽車1010輪大卡車輪大卡車5.0Jx1

25、46.0G3x167.5Vx207.5Tx208.25x22.57.5x22.55-811.524.524.524.523.57-917373442422-35.512.510.017.518.58-123312510017518544-294 車身的重量約為汽車總重量的30%，故車身的輕量化占有舉足輕重的地位。在汽車內(nèi)外板上用鋁合金板代替鋼板可使車身減重約40%-50%；如采用鋁合金覆蓋件整車減重10%-15%，可見采用鋁合金車身板的減重效果十分顯著。 鋁合金在汽車輕量化應(yīng)用方面提供了很好的應(yīng)用基礎(chǔ)和市場前景，必然為鋁合金汽車覆蓋件的應(yīng)用帶來更大機(jī)遇。因此，用鋁合金板取代鋼板制造車身覆蓋件也

26、是汽車輕量化的必然之路。45-294奧迪奧迪20112011款（全鋁車身框架）款（全鋁車身框架） 德國奧迪A8型高級(jí)轎車的整個(gè)車身均采用鋁材制造，框架采用立體框架式結(jié)構(gòu)，覆蓋件為鋁板沖壓而成。這種鋁車身與鋼車身相比，質(zhì)量減輕30-50%，油耗減低5-8%。 46-294Insight hybrid轎車車架轎車車架 捷豹XJ的基礎(chǔ)車身就是鋁合金材料，在保證了強(qiáng)度的同時(shí)，提高了空間體積，還使整車的靈活性得到了最大限度的保留。就鋁板覆蓋件的應(yīng)用發(fā)展趨勢看，強(qiáng)度高、成形加工性好、表面質(zhì)量優(yōu)良的鋁板將取代鋼板成為汽車覆蓋件的主要材料。 捷豹捷豹XJ鋁合金車身鋁合金車身 日本本田公司生產(chǎn)的Insight

27、hybrid轎車車身用鋁合金達(dá)162kg，比鋼車身減重約40%。47-294鋁鋁合合金金的的加加工工技技術(shù)術(shù)鑄造 塑性加工液態(tài)模鍛 半固態(tài)成形 砂型鑄造 壓鑄件多用于制造轎車車身結(jié)構(gòu)件和懸架支撐件等。部分輪轂也采用鍛造成形 。越來越多的汽車零件會(huì)采用塑性加工成形，為輕金屬加工技術(shù)的發(fā)展趨勢多用于發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、殼類零件用于某些高強(qiáng)度鋁活塞。處于待開發(fā)階段國外已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，國內(nèi)才剛剛開始，主要用于某些小零件 48-294 在汽車中擴(kuò)大鋁合金的應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但目前尚有以下亟待解決:鋁合金板材的性能尚需提高建立汽車用鋁合金的數(shù)據(jù)庫研發(fā)鋁合金零件的設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)計(jì)算方法、成形工藝的

28、 計(jì)算機(jī)模擬以及焊接工藝方法研究鋁合金材料的表面形態(tài)、油漆前的前處理、油漆后的防 腐效果等問題，積累數(shù)據(jù)為鋁合金應(yīng)用時(shí)工藝的制定提供基 礎(chǔ)數(shù)據(jù)維修市場對(duì)經(jīng)碰撞后的鋁合金結(jié)構(gòu)件和覆蓋件的復(fù)原、恢復(fù) 原則以及開裂后的補(bǔ)焊等均缺乏經(jīng)驗(yàn)和方法。49-294 鎂是極重要的有色金屬，它比鋁輕，能夠很好地與其他金屬構(gòu)成高強(qiáng)度的合金。我國原鎂產(chǎn)量目前居世界第一位，占全球總產(chǎn)量的13。雖然是世界產(chǎn)鎂大國，而在鎂合金材料生產(chǎn)、研究及應(yīng)用領(lǐng)域與北美、西歐、日本還有相當(dāng)大的差距，處于起步階段。 50-29451-294 汽車質(zhì)量減輕、提高載荷及有效承載能力（與鋁相比，鎂可使重量減輕21%，與灰鑄鐵相比，可減輕50%）

29、 降低廢氣排放及燃油成本提高燃油經(jīng)濟(jì)性綜合指標(biāo) 減震性能好，降低汽車噪音及震動(dòng)52-294 國外近幾年在汽車上的應(yīng)用，以年平均25的速度快速增長。據(jù)資料介紹，汽車上有60多種零部件可以采用鎂合金生產(chǎn)，我國經(jīng)過“十五”和“十一五”科技攻關(guān)，也有20余種汽車零部件可以采用鎂合金生產(chǎn)。如儀表盤骨架、座椅骨架、進(jìn)氣歧管、賽車車輪、支架、轉(zhuǎn)向盤骨架、缸體、殼體類零件等，目前鎂合金件正向著大型集成化發(fā)展。 國外鎂合金在汽車上的用量國外鎂合金在汽車上的用量單位單位KTKT53-294國外汽車用鎂合金的主要部件系統(tǒng)國外汽車用鎂合金的主要部件系統(tǒng)部件系統(tǒng)部件系統(tǒng)車內(nèi)構(gòu)件車內(nèi)構(gòu)件車體構(gòu)件車體構(gòu)件傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)底

30、盤系統(tǒng)底盤系統(tǒng)零件名稱零件名稱儀表盤、座椅架、坐位升降器、操作臺(tái)架、氣囊外罩、轉(zhuǎn)向盤、鎖合裝置、轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向柱支架、收音機(jī)外殼、小工具箱門、車窗馬達(dá)罩、剎車與離合器踏板托架、氣動(dòng)踏板托架門框、尾板、車頂板、IP橫梁閥蓋、凸輪蓋、四輪驅(qū)動(dòng)變速箱體、手動(dòng)換檔變速器、離合器外殼與活塞、進(jìn)氣管、機(jī)油盤、交流電機(jī)支架、變速器殼體、齒輪箱殼體、油過濾器接頭、馬達(dá)罩、前蓋、氣缸頭蓋、分配盤支架、油泵殼、油箱、濾油器支架、左側(cè)半曲軸箱、右側(cè)半曲軸箱、空壓機(jī)罩、左抽氣管、右抽氣管輪轂、引擎托架、前后吊桿、尾盤支架54-294鎂合金減速器外殼鎂合金減速器外殼 鎂合金減速器外殼采用壓鑄的方法制造，具有重量輕，噪音低

31、的優(yōu)點(diǎn)。1 1 減速器外殼減速器外殼55-2942 2 變速器變速器Weight： 6.74kgMaterial：VW030Volume : 240,000SVW Santana Transmission Case56-294 采用鎂合金輪轂?zāi)苓_(dá)到輕量化的目的，與鋁合金輪轂相比，重量減輕30%左右。同時(shí)還能提高汽車的使用性能。因此在賽車及某些高檔車上開始使用鎂合金輪轂。3 3 輪轂輪轂特點(diǎn)：（1）高減振特性：鎂合金材料具有較高的阻尼系數(shù)，是鋁合金的15倍，鋼的60倍；（2）高熱傳導(dǎo)率：對(duì)汽車來說，鎂合金輪轂具高熱導(dǎo)率（較鋁合金輪轂略差），可降低剎車系統(tǒng)溫度，延長剎車輪轂使用壽命； （3）提高汽

32、車性能：較輕的鎂合金輪轂有利于改善汽車的加速與剎車性能；（4）改善燃油效率與降低污染；（5）高的剛性：同鋁合金輪轂相比，剛性大大提高，因?yàn)殒V合金輪轂盡管壁厚增加但對(duì)重量影響不大。因此，當(dāng)受到障礙物沖擊時(shí)能保持輪轂的形狀，從而提高輪胎的壽命。57-2944 4 剎車踏板支架剎車踏板支架Weight：1.29kgMaterial ：AM60BVolume : 80,000SGM Buick Regal Brake Pedal Bracket 58-294 重力澆注 壓鑄（最為成熟，在汽車領(lǐng)域壓鑄件達(dá)壓鑄（最為成熟，在汽車領(lǐng)域壓鑄件達(dá)80%） 觸變注射成形 擠壓 沖壓 等溫鍛造等溫鍛造 ( (專門用

33、于成形鋁、鎂合金，大部分合金專門用于成形鋁、鎂合金，大部分合金 必須采用等溫成形，應(yīng)用前景最大必須采用等溫成形，應(yīng)用前景最大) )59-294 鎂合金零件的防腐技術(shù)尚未全面掌握 鎂合金性能測試數(shù)據(jù)的缺乏鎂合金零件設(shè)計(jì)及使用經(jīng)驗(yàn)不足成本太高60-294 鋁和不銹鋼在近200會(huì)失去原有的力學(xué)性能，而鈦合金在500左右仍能保持良好的力學(xué)性能； 在車用輕金屬材料中，鈦的強(qiáng)度可以達(dá)到與合金鋼相當(dāng)?shù)母邚?qiáng)度1500MPa，大大高于鋁、鎂合金； 鈦合金具有優(yōu)異的耐蝕性能，可在惡劣的工作環(huán)境下使用 因此鈦合金將是替代鋼鐵的輕量化和高性能的材料，是最具有因此鈦合金將是替代鋼鐵的輕量化和高性能的材料，是最具有潛力的

34、汽車用材料。潛力的汽車用材料。61-294密度小、比強(qiáng)度大可綠色回收易加工與鋼材同樣的設(shè)備工藝記憶功能用于車身方便復(fù)原屈強(qiáng)比值大高、低溫力學(xué)性能好耐蝕性強(qiáng)不受路面鹽類及廢氣的影響62-294在汽車上，鈦可用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)氣門、承座、氣門彈簧、連桿、緊固件等 鈦合金汽車連桿鈦合金汽車連桿除了減輕重量外，還可提高使用性能，抗振、節(jié)約燃油。一般用于高檔車中。蘭博基尼蘭博基尼-Diablo-Diablo、法拉力法拉力-F355-F355 、-360 M-360 M ， -550 M-550 M 、還有保時(shí)捷保時(shí)捷-911 -911 GT3GT3等都采用鈦合金來制造連桿。63-2942 2 鈦合金排氣系統(tǒng)

35、鈦合金排氣系統(tǒng) 鈦合金具有良好的高溫力學(xué)性能和抗腐蝕性能，不亞于甚至超過了不銹鋼的指標(biāo)，所以，很適用于排氣系統(tǒng)。而且其它輕合金元素?zé)o法用于排氣系統(tǒng)，如果要在排氣系統(tǒng)中減輕汽車重量，鈦及其合金是唯一能夠替代鋼的新型輕質(zhì)材料。目前鈦合金排氣系統(tǒng)主要應(yīng)用于賽車、改裝車或高檔轎車中。鈦合金排氣系統(tǒng)鈦合金排氣系統(tǒng)64-2943 3 鈦彈簧鈦彈簧彈性模量僅為鋼的55% 高屈強(qiáng)比、低切變模量所需圈數(shù)少節(jié)省空間減輕重量可提高3040%共振頻率65-294 價(jià)格昂貴是阻礙鈦在汽車上應(yīng)用的主要因素，鈦制造廠商也正努力進(jìn)行多方面降低成本的工作，相信在不遠(yuǎn)的將來會(huì)取得顯著的成效。 66-29467-294優(yōu)點(diǎn) 強(qiáng)度優(yōu)

36、于普通鋼板、成本低于鋁鎂合金，使高強(qiáng)度鋼板成為未來汽車結(jié)構(gòu)材料的主體。根據(jù)國際鋼鐵協(xié)會(huì)組織的全世界32家鋼鐵公司和相關(guān)汽車行業(yè)的輕量化項(xiàng)目ULSAB-AVC的目標(biāo)和研發(fā)成果ULSAB-AVC白車身（白車身（BIW）的用材比例）的用材比例1.優(yōu)良的成形性能 2. 回收利用性好3.可利用傳統(tǒng)生產(chǎn)裝備 4.修理和保險(xiǎn) 5.延遲的時(shí)效性和非時(shí)效性 6.耐蝕性能 7.良好的連接性能和保形性能8.價(jià)格低 9.保證塑性延展性的同時(shí)，強(qiáng)度高，沖壓件質(zhì)量輕68-294高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用和作用高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用和作用注：Ps 為壓潰強(qiáng)度，AE為壓潰吸能，Pt為壓痕抗力，P為微量變形抗力，w為疲勞強(qiáng)度，b為抗拉強(qiáng)度，t

37、為板厚，p為成形構(gòu)件應(yīng)變下的流變應(yīng)力，ED為動(dòng)負(fù)荷設(shè)計(jì)彈性模量，n為常數(shù)。69-294 各類關(guān)系方程可以看出，除疲勞強(qiáng)度外，其他各性能均正比于板厚和相應(yīng)的材料性能n次方的乘積，因此高強(qiáng)度鋼板能夠大幅增加構(gòu)件的變形抗力,提高能量吸收能力和擴(kuò)大彈性應(yīng)變區(qū)。高強(qiáng)度鋼板用于汽車零件上，通過減薄零件來減輕質(zhì)量。與鋁、鎂、復(fù)合材料等相比,高強(qiáng)度鋼板的制造相對(duì)容易,具有經(jīng)濟(jì)性較好的優(yōu)勢。 國外高強(qiáng)度鋼在轎車車身上的應(yīng)用比例逐年增加，目前大約為50%，而我國汽車工業(yè)計(jì)劃用35年的時(shí)間將目前低于20%的比例提高到40%以上。70-294據(jù)統(tǒng)計(jì)分析我國的自主轎車較國外同類車重8%到10%） 對(duì)比對(duì)象對(duì)比對(duì)象 自主

38、品牌轎車自主品牌轎車 合資或進(jìn)口轎車合資或進(jìn)口轎車 高強(qiáng)度鋼比例高強(qiáng)度鋼比例一般10%，個(gè)別20%一般50%，個(gè)別60% NCAP NCAP碰撞評(píng)級(jí)碰撞評(píng)級(jí)一般1-2星，個(gè)別3星一般4-5星，新車5星國內(nèi)外轎車高強(qiáng)鋼的使用比例與碰撞安全級(jí)別的對(duì)比國內(nèi)外轎車高強(qiáng)鋼的使用比例與碰撞安全級(jí)別的對(duì)比71-294 1998年，菲亞特的白車身的高強(qiáng)鋼用量只占10%，其碰撞安全性要求僅是滿足法規(guī)滿足法規(guī)。因此當(dāng)時(shí)的碰撞評(píng)價(jià)水平也就是良性。 2004年，菲亞特的白車身高強(qiáng)鋼用量提高到52% %，其碰撞安全性隨之提高到四星級(jí)四星級(jí)。 2007年，新設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)又提高到65%。 故故 高強(qiáng)鋼的用量提高也必然帶來碰撞

39、安全性的提高高強(qiáng)鋼的用量提高也必然帶來碰撞安全性的提高菲亞特高強(qiáng)鋼比例的增長菲亞特高強(qiáng)鋼比例的增長高強(qiáng)鋼72-294l1.材料強(qiáng)度提高增加了安全性；l2.覆蓋件抗凹性的改善提高了商品性；l3.板厚減薄使汽車結(jié)構(gòu)輕量化 高強(qiáng)鋼主要用于制作以及，這類鋼鐵材料和汽車輕量化關(guān)系密切。73-294速騰車身三層整體車門速騰車身三層整體車門車門框架為三層鋼板，中間一層高強(qiáng)度熱成型鋼板厚度達(dá)到2mm，相當(dāng)于普通車身鋼板的3倍。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，車門吸收強(qiáng)烈撞擊產(chǎn)生的巨大能量，大大提高了安全性。 速騰車身超過速騰車身超過60%的超高強(qiáng)度和高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用大大提高了碰撞安全性能的超高強(qiáng)度和高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用大大提高了碰撞安

40、全性能74-294 新馬自達(dá)6的車身結(jié)構(gòu)中使用了590，780，980和1480MPa級(jí)別的高強(qiáng)度鋼板和超高強(qiáng)度鋼板，其中1480MPa級(jí)別的超高強(qiáng)度鋼板在中級(jí)轎車車身結(jié)構(gòu)中還非常少見。這些高強(qiáng)度鋼板的使用不僅增加了車體強(qiáng)度和剛性而且降低鋼板厚度，大大減輕了車身重量。新馬自達(dá)新馬自達(dá)6 6的車身高強(qiáng)度鋼使用的車身高強(qiáng)度鋼使用 側(cè)面車身中，用于防止側(cè)面變形至關(guān)重要的B柱柱和側(cè)圍板側(cè)圍板采用了1480MPa級(jí)別的熱沖壓超高強(qiáng)度鋼板， 車門內(nèi)部的側(cè)面防撞桿采用980MPa級(jí)別的超高強(qiáng)度鋼板。用于應(yīng)對(duì)正面碰撞的前縱梁前縱梁，采用筆直的結(jié)構(gòu)，并且加大了斷面面積，采用980Mpa級(jí)別的超高強(qiáng)度鋼板。75-

41、294前縱梁前縱梁B 柱柱76-294 日本：日本：高強(qiáng)度鋼板應(yīng)用比例的提升已經(jīng)成為新車型規(guī)劃的重要內(nèi)容（新車型推出周期為23年），在新車型籌劃階段開始即對(duì)相應(yīng)的高強(qiáng)度鋼品種進(jìn)行充分試驗(yàn)，以保證在新車型推出時(shí)，同步實(shí)施高強(qiáng)度鋼板在各類 零件上的應(yīng)用。在2000年前后，日本的各大汽車公司已經(jīng)將DP和TRIP鋼用于量產(chǎn)汽車。德國：德國：寶馬汽車公司為滿足歐洲被動(dòng)安全法規(guī)要求，在2005年推出的新車型中大幅度提高了高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用比例。寶馬3系列的白車身，1997年軟鋼板和低強(qiáng)度鋼板占了65 ，其鋼板平均最小屈服強(qiáng)度僅為178MPa。2004年投產(chǎn)的3系列車身中，這類鋼板已降到32 ，其平均最小屈服

42、強(qiáng)度提高到294MPa。 美國：美國：為適應(yīng)日趨嚴(yán)格的安全法規(guī)的要求，越來越多的加強(qiáng)類零件采用熱沖壓成形制造。致使熱成形用鋼板的需求量快速增加，2004年，歐洲熱沖壓成形用鋼板的用量為68萬噸，2009年，達(dá)到30萬噸。77-294 國內(nèi)：與國外汽車高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用相比，無論在高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用強(qiáng)度級(jí)別，還是應(yīng)用比例方面，都存在著較大的差距，當(dāng)然，在高強(qiáng)度鋼板的研制和生產(chǎn)方面，差距也是比較明顯的，這就需要汽車企業(yè)與上游的鋼鐵企業(yè)共同努力，加強(qiáng)更具長效和實(shí)效機(jī)制的技術(shù)合作，以下游需求帶動(dòng)上游開發(fā)，以上游開發(fā)促進(jìn)下游應(yīng)用，上下游攜手共進(jìn)，必將有力推動(dòng)兩個(gè)行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，使高強(qiáng)度鋼板在汽車上的應(yīng)

43、用效果和比例邁上一個(gè)新的臺(tái)階。78-294 對(duì)于高強(qiáng)度鋼板，目前尚無統(tǒng)一的定義和分類方法，以下是部分國家和組織對(duì)于高強(qiáng)度鋼板的定義和分類 。普通高強(qiáng)度鋼板普通高強(qiáng)度鋼板：抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度相對(duì)較低，或采用傳統(tǒng)工藝或傳統(tǒng)工藝少許改進(jìn)即能生產(chǎn)出來高強(qiáng)度鋼板。如： IF鋼板、 IS鋼板、 BH鋼板、 HSLA鋼板 先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板：先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板：需要采用先進(jìn)設(shè)備及工藝方法才能生產(chǎn)出來的鋼板。如： DP鋼板、TRIP鋼板、 Mart鋼板、熱成型鋼高強(qiáng)度鋼板（HSS）：高強(qiáng)度鋼板高強(qiáng)度鋼板（HSS）: 180MPa b300MPa 先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板（AHSS）：300MPa b600MPa 超高強(qiáng)度鋼板超高強(qiáng)度鋼板 （UHSS）: b 600MPab340MPa的冷軋鋼板冷軋鋼板b 490MPa的熱軋鋼板熱軋鋼板 高強(qiáng)度鋼板（高強(qiáng)度鋼板（HSS）: 把高強(qiáng)度鋼板從定性概念上定義為高強(qiáng)度鋼板高強(qiáng)度鋼板（HSS）和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板（AHSS）。210MPa b550MPa超高強(qiáng)度鋼超高強(qiáng)度鋼（UHSS）:b 550MPa 79-29480-294