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从全铝车身到碳纤维 揭秘汽车轻量化材料应用

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时间:2017-04-16 06:33:40
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从全铝车身到碳纤维 揭秘汽车轻量化材料应用减少汽车自身质量是降低油耗最有效的措施之一。数据显示,汽车自重每减少10%,NEDC工况下能耗可降低6%~8%,排放降低5%~6%。而燃油

减少汽车自身质量是降低油耗最有效的措施之一。数据显示,汽车自重每减少10%,NEDC工况下能耗可降低6%~8%,排放降低5%~6%。而燃油消耗每减少1L,CO2的排放量减少2.45kg。轻量化的实现主要有三种手段:轻量化结构设计及优化、先进轻量化材料应用、先进轻量化制造技术应用。采用新型材料是汽车轻量化最直接有效的方法。

汽车的轻量化,就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。

实验证明,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%-8%;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%;汽车整备质量每减少100千克,百公里油耗可降低0.3—0.6升。

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常见的轻量化材料分为金属和非金属两大阵营。金属材料主要包括高强钢、铝合金、镁合金等;非金属材料包括工程塑料和复合材料等。提高汽车轻量化程度是各大厂家一直以来的目标,所以也就有了铝制和碳纤维的材料更多的运用到整体车身中。

1.铝合金

铝合金是目前汽车材料中应用最多的轻质材料,各项相关技术也比较成熟。铝具有良好的机械性能,其密度约为钢铁的1/3,易加工,导热性、耐腐蚀性好,铝合金强度高,同时具有良好的吸能性。据美国铝学会的报告,汽车上每使用0.45kg铝就可减轻车重1kg,理论上铝制汽车可以比钢制汽车减重40%左右。目前很多车型如奥迪A8、捷豹XFL、特斯拉等均已采用全铝车身。

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近年来,铝合金用于车身材料的加工方式的成本有所降低。以前都要将厚的铝合金板冲压成薄板再进行加工,目前通用引入了和钢板冲压类似的热冲压成形技术。

这对工艺的要求是十分严格的,由于摩擦力的作用,截面各处材料流动不均,容易在应力集中地方产生急剧减薄而发生破裂。协调好压边力与冲压力的关系,加上良好的润滑,是实现铝合金热冲压再次降低材料成本的关键。

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当然铝合金作为大范围量产的轻量化材料固然理想,也有自身的缺点,比如工艺复杂且后续维修费用高。

总的来说,铝合金材料可能会首先取代传统的钢材成为汽车轻量化的主要材料,但是由于焊接等一系列技术难题需要攻克,普通车企还不能把此类材料成熟的应用到汽车生产中。

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