汽车轻量化技术中新材料的发展及应用

汽　车　工　程AutomotiveEngineering

2006(Vol.28)No.3

2006046

汽车轻量化技术中新材料的发展及应用

冯美斌

(东风汽车有限公司工艺研究所,十堰　442001)

[摘要]　介绍了国外铝合金、镁合金、塑料和高强度钢等汽车轻量化材料技术发展动向,论述了我国汽车新材

料开发与应用现状、差距和存在的主要问题。

关键词:汽车,轻量化技术,新材料

DevelopmentandApplicationsofNewMaterialsinAutomotiveLightweightingTechnologiesFengMeibinManufacturingTechnologyInstituteofDongfengMotorCorporation,Ltd.,Shiyan　442001

[Abstract]　Thispaperdescribesthefuturetechnicaltrendoftheautomotivelightweightingmaterialssuchashighstrengthsteels,aluminum,magnesiumandplasticsabroad.ThecurrentsituationsandmajordrawbacksofnewautomotivematerialdevelopmentandapplicationinChinaarealsodealtwith.

Keywords:Automobile,Lightweightingtechnologies,Newmaterials

表1　轻量化材料减重效果及相对成本

1　前言

能源和环境问题是当今人类社会面临的巨大挑战。为实现人类社会的可持续发展,对新一代汽车产品在安全、环保和节能方面提出了更为严格的要求。世界铝业协会的报告指出,汽车质量每减少10%,燃油消耗可降低6%～8%。因此,汽车轻量化对于节约能源、减少排放、实现可持续发展战略具有十分积极的意义。

新材料的应用是实现汽车轻量化的主要途径之一。目前可用来减轻汽车自重的材料有两大类:一类是轻质材料,如铝合金、镁合金、钛合金、塑料和复合材料等;另一类是高强度材料,如高强度钢和高强度不锈钢。常用几种轻量化材料的减重效果及相对

[1]

成本见表1。

铸件

零部件铸铁铝铸件镁铸件软钢

车身构件

高强度钢铝合金玻璃纤维增强复合材料

材料相对成本零件相对成本减重幅度/%

110118～212310110111410310

110110110110110210018

比较基准

50～6065～75

比较基准

1040～5025～35

20世纪70年代的石油危机推动了国外汽车轻

量化材料技术的发展。为了应对能源危机以及日益恶化的环境问题,发达国家相继出台了越来越严格的强制性法令法规,车辆的燃油消耗和尾气排放,迫使企业开发包括轻量化材料在内的新技术以满足法规的要求。对于重大的研究项目,部门往往提供必要的资金支持,并在行业机构的协助下组织企业和大学、研究机构共同攻关。如著名的美国PNGV(partnershipfornewgenerationofvehicles)

2　国外汽车轻量化材料技术发展动态

211　发展概况

　　原稿收到日期为2005年11月24日,修改稿收到日期为2006年1月26日。

・　214・汽　车　工　程2006年(第28卷)第3期

计划,2002年该计划在对研究方向进行重大调整后

(freedomcoop2被重新命名为“自由合作汽车研究”

erativeautomotiveresearch)计划(目前还在进行中),以及国际钢铁协会组织的ULSAB(ultralightsteelautobody)和ULSAB2AVC(advancedvehiclecon2cept)研究项目等。

经过三十多年的发展,国外在汽车轻量化材料技术的开发与应用领域取得了突破性进展,已形成了从新材料的开发、零部件设计、制造到材料回收再利用等一整套产业化技术。

(1)轻量化材料的开发　已得到实际工业化应用的有高强度钢、铝合金、镁合金、塑料和非金属基复合材料等5大类材料,其中高强度钢、铝合金和塑料的系列化商品化程度较高。

(2)零部件设计技术　主要包括新材料的评价技术,以便从成本(材料成本、制造成本、寿命周期成本)、制造工艺性、性能、重量、安全性与可回收性等方面对新材料进行全面评价,为零部件选材提供评判标准;建立了较完善的材料性能数据库,以满足零部件设计的需要;制定了零部件设计指南,为设计师提供新材料应用方面的经验及设计法则。

(3)零部件制造技术　开发出了一系列适用于新材料的先进的零部件加工技术与装备,其中有很多已进入工业化的应用,如金属薄板激光拼焊技术;各种先进的成形技术,如金属的液压成形、半固态成形技术,塑料制品的低压成形、气体辅助注射成形技术;不同种类材料的焊接、粘结和连接技术;镁合金的熔炼技术,铝车身制造技术;铝、镁合金及塑料表面处理技术(防蚀处理、电镀、油漆等)等等。

(4)材料回收与再生技术　如废旧材料的分捡技术、镁合金的无公害熔炼与回收再生技术、塑料回收再生技术等。

新材料的发展与应用现已取得了显著的成效。表2为1980～2000年美国中型轿车主要材料构成比例变化情况。表2清楚地表明,轻质材料所占的比例不断上升,1980年仅占13%,到2000年就已提高到30%;而传统的钢铁材料则由69%下降到51%。与此同时,整车质量也呈现下降趋势。图1为1977～2004年美国新款轿车平均整车质量演变图,该图是根据NHTSA(theNationalHighwayTraffic

[3]

SafetyAdministration)公布的数据绘制而成。1977年美国轿车的平均整车质量为1651kg,1982

[2]

舒适性、可靠性、智能化等要求,使各类附件不断增加,结果尽管轻量化材料的应用比例不断增长,而整车质量又开始缓慢回升,到2004年已达1470kg,较1982年上升了15%。为遏制整车质量不断升高的势头,并力争在2015年将中型轿车整车质量降低到1000kg以下,新材料将扮演愈来愈重要的角色。

表2　美国中型轿车材料构成比例变化情况%

年代

198019902000

钢铁

696051

铝合金

451512

塑料

9121518

其他

181619

图1　美国1977-2004年新款轿车的平均整车质量

212　高强度钢

钢铁材料仍将保持相对稳定的主导地位,但是其内部结构将发生变化。主要变化趋势是高强度钢的用量将有较大增长,铸铁和中、低强度钢的比例将会逐步下降。

高强度钢是汽车钢铁材料今后的主要发展方向之一。为了应对来自轻质材料的挑战,钢铁企业将开发的重点放在了高强度材料上,先后开发出了高强度钢(屈服强度大于210MPa)、超高强度钢(屈服强度大于550MPa)和先进的高强度钢(以下统称为高强度钢),取得了良好的轻量效果。目前汽车使用的高强度钢主要为板材与管材,它取代普钢、铸铁用于车身零件和其它结构件,如北美开发的PNGV2Class级轿车,其车身全部采用高强度钢,质量只有218kg,与全铝车身相当。此外,采用液压成形技术

生产的高强度钢构件也越来越多,如发动机托架、散热器支架、仪表板横梁、座椅骨架,以及轻型车后桥壳和车架等,如图2所示。事实上,高强度钢已成为颇具竞争力的汽车轻量化材料,它在抗碰撞性能、耐蚀性能和成本方面较其它材料仍具有较大的优势。

[7]

最新的应用情况表明,有些铝合金、镁合金零件,如保险杠、车轮、骨架、前门、后门、横梁等,又转而采用高强度钢。安全法规是推动高强度钢应用的重要动力,为满足更为严格的安全法规要求(如侧面碰

年降低到1275kg,降幅约23%。此后由于轻量化引发的安全问题愈来愈受到重视,以及为满足排放、

2006(Vol.28)No.3冯美斌:汽车轻量化技术中新材料的发展及应用・　215・

撞),各大汽车公司均加快了高强度钢在汽车车身、底盘、悬架和转向系零件上的应用,高强度钢在汽车中的应用逐年增加,预计到2008年,高强度钢在轿车用钢中所占的比例会达到60%,如图3所示

[7]

(含锻造铝合金)两大类。当前汽车用铝合金以铸

件为主,约占汽车用铝量的80%,主要为共晶和亚共晶的铝硅合金,用于制造发动机零部件、壳体类零件和底盘上的其他零件。现已大批量应用的零件有轿车发动机缸体、缸盖、离合器壳、保险杠、车轮、发动机托架等几十种零件。最近,重型车发动机中的进气歧管、油底壳、飞轮壳和齿轮室罩盖等零件也已开始大量采用铝合金铸件。变形铝合金在车身零件及结构件的应用方面也发展较快,如应用日益广泛的铝合金车厢盖、发动机罩、提升式后车门、前端翼子板、保险杠、车厢底板结构件、热交换器、车轮以及全铝车身等。随着快速凝固铝合金、粉末冶金铝合金、超塑性铝合金、铝基复合材料和泡沫铝材等新材料的开发与应用,未来铝在汽车中的应用范围将进一步扩大,并将呈现铸件、型材、板材并举的局面。预计铝将会成为仅次于钢的第二大汽车材料。214　镁合金

镁是比铝更轻的金属材料,它可在应用铝轻量的基础上再减轻15%～20%。在轻量化的驱动下,自1990年以来,镁在汽车中的应用就一直以较快的速度增长。尽管目前全球每辆汽车镁合金的平均用量不到3kg,但是汽车用镁正以年均约20%的增长速度迅速发展,镁合金已成为汽车材料技术发展的一个重要领域。

目前已大批量应用镁的主要是车身和底盘零件,如仪表盘骨架与横梁、座椅骨架、转向盘、进气歧管,以及各种支架、罩盖等。所用的镁合金材料以铸造镁合金为主,如AM、AZ、AS系列铸造镁合金,其中AZ91D用量最大。镁在汽车中应用的下一目标是发动机等动力系统零件。为适应发动机零件工作温度较高的需要,近年来欧美等国家先后开发出了AE、Mg2Al2Ca、Mg2Al2Ca2Re、AJ系列和ZAC8506等高强度抗蠕变镁合金,以及MRI201S、MRI202S与MRI203S等高温镁合金。

变形镁合金主要有Mg2Al2Zn系合金(AZ31C、AZ61A、AZ80A)和Mg2Zn2Zr系合金(ZK60)两大类。变形镁合金主要用于车身组件(车门、行李厢、发动机罩等)的外板、车门窗框架、座椅框架、底盘框架、车身框架等。变形镁合金在车身上的应用具有很大的潜力。

最近正在开发或已开发成功的新型镁合金还有耐蚀镁合金、阻燃镁合金、高强高韧镁合金和变形镁合金等。

当前,制约镁在汽车中大量应用的最主要因素

。

图2　液压成形技术生产的部分高强度钢汽车零部件

图3　北美轿车高强度钢应用的增长趋势

213　铝合金

铝合金是应用较早且技术日趋成熟的轻量化材料,它在汽车上的用量呈现持续增长的趋势。根据国际铝协统计

[4]

,自1990年以来,铝合金在轿车上

的应用翻了一番,在轻型车中的用量则增长了2倍;目前每辆轿车的铝合金平均用量为121kg,约占整车质量的10%。而所谓“铝密集型汽车”中的铝合金比例更高,如福特P2000轿车用量为333kg,达到了37%;奥迪A8则达到了创纪录的546kg。

汽车铝合金可分为铸造铝合金、变形铝合金

・　216・汽　车　工　程2006年(第28卷)第3期

是技术问题。就结构件而言,由于存在诸如对镁材料的特性缺乏深层次的理解,镁零件的防蚀技术未取得突破,镁材料的性能数据缺乏(尤其缺少工艺性能数据)和镁零件的设计与使用经验不足等问题,使镁在汽车中的普及程度暂时还难以与铝匹敌。据此估计,近期内它在汽车用材中所占的比例不会超过1%。215　塑料及非金属基复合材料近年来塑料及非金属基复合材料在汽车中的用量持续增长。图4为美国家庭轿车平均单车塑料(含塑料复合材料)用量的增长情况[5],从1977年到2001年,单车塑料用量由76kg提高到115kg,增幅达50%。目前北美汽车中塑料的用量为单车118kg左右,约占整车质量的10%,预计2010年将

为轻量化材料应用于汽车零件,是近几年才开始的。具有轻量潜力的不锈钢材料主要为高强度不锈钢,如AISI300系列和AISI200系列含氮的高强度奥氏体不锈钢,以及不锈钢复合板。例如,采用AISI301、AISI204M等高强度不锈钢板试制的轿车前侧防撞弓形梁和保险杠、后挡板、发动机支架、LPG瓶等零

[6]

部件,轻量幅度一般可达30%左右。不锈钢应用的主要障碍是成本问题,降低成本的主要途径有两个,一是选用价格相对较低的材料,如AISI204M因含镍量较低而比AISI301便宜;二是通过优化设计与工艺优化,如减少零件数、取消防蚀处理、表面处理等,消化一部分因材料升高的费用。此外,由于不锈钢的镍、铬等合金元素含量很高,大量应用还存在资源的问题。217　轻量化与车辆安全汽车轻量化面临的主要问题有两个:车辆的安全与成本。对大量撞车事故的统计数据进行研究表明,在两车正面相撞的条件下,乘员死亡的比例R(车1的死亡人数/车2的死亡人数)与车辆的自身质量存在如下经验关系

3158

R=(m2/m1)式中m1、m2分别为车1、车2的质量。由上式不难算出,对质量小于对方10%、20%的一方来说,其死亡人数将分别高于对方4518%和122%,由此可知轻量化的确会使车辆的安全性能大大下降。

在世界各国日益严格的安全法规推动下,汽车行业正在致力解决轻量化与车辆安全的矛盾。要解决好这个问题,具有安全意义的新材料开发与应用将发挥重要作用。理论分析与实验结果表明,应用诸如动静态屈服强度比高的高强度钢、冲击能量吸收率高的轻合金以及结构泡沫等新材料,能显著提

[9]

高车辆的安全性。下面以结构泡沫为例来说明新材料对汽车安全的贡献。

所谓“结构泡沫”实际上是一种泡沫材料,常用作结构泡沫基材的有聚氨酯、环氧树脂和尼龙/玻璃纤维复合材料等。目前结构泡沫材料被作为加强内衬广泛用于轿车车架中的某些关键部位,如图5(a)所示。试验表明,结构泡沫可显著增加车身的刚度,能吸收更多的冲击能量。图5(b)为某型号轿车侧碰试验结果。从图中可以看出,装有结构泡沫的车身碰撞后的变形要小得多。218　材料技术与产品设计、制造工艺的密切结合

与产品设计、制造工艺的结合越来越紧密是当今汽车材料技术发展的又一大特点,而推动力则是

[8]

达到136kg。

[5]

图4　美国家庭轿车平均单车塑料用量增长情况

汽车用塑料的主要类型包括通用工程塑料、塑料合金和增强塑料。居前7位的品种有:聚丙烯、聚氨酯(PUR)、聚氯乙烯(PVC)、热固性复合材料、ABS、尼龙(PA)和聚乙烯(PE)。塑料在汽车中最早是用于仪表板、车门内板、顶棚、副仪表板、杂物箱盖、座椅及各类护板等内装件,而后逐渐向外装件、结构件和功能件扩展,如车身外板、后阻流板、保险杠、车轮罩、前后翼子板、举升门,以及油箱、散热器水室、风扇叶片、发动机进气管、气门室罩盖等。

国外汽车内装件的塑料化已基本实现,今后的重点发展方向是开发结构件、功能件、外装件用的高性能树脂材料、增强塑料复合材料、塑料共混物与塑料合金,同时对废旧塑料回收再生予以高度重视,并逐步将其发展成为一新兴产业。从品种上看,聚烯烃材料因密度小、性能较好且成本低,近来有把汽车内饰和外装材料统一到聚烯烃材料的趋势,因此其用量会有较大的增长。216　轻量化材料的范畴正在扩大

不锈钢在汽车轻量化方面的作用已引起人们的关注。不锈钢在汽车中的应用虽然有较长的历史(据统计,自20世纪90年代以来,典型的家用轿车的不锈钢用量基本上稳定在单车25kg左右),但作

2006(Vol.28)No.3冯美斌:汽车轻量化技术中新材料的发展及应用・　217・

3　我国汽车新材料技术发展现状分析

311　总体状况

我国汽车新材料的研发,是在国内轿车工业的

带动下起步的。为满足轿车材料国产化需要,“九五”和“十五”期间先后将“轿车新材料技术开发”、“超高强度高韧性铝合金研究开发和产业化关键技术”、“镁合金开发应用及产业化”等一批汽车新材料项目列为国家863、973高新技术项目和国家科技攻关重大项目,相继开发出了一批国产轿车急需的金属材料和非金属材料,促进了汽车材料的技术进步。目前我国汽车材料体系已初步形成,技术含量高的新产品发展开始加速;汽车用高性能钢板、塑料对进口的依赖程度逐年下降;铝合金(除板材外)及其成形技术基本上能满足当前汽车工业需求;镁合金的开发及应用已有一个良好的开端,汽车镁铸件的生产具有一定的规模。

图5　结构泡沫在轿车车身中的应用

[9]

技术与经济的因素。汽车零部件的多材料设计、部

件的零件化(减少零件设计)的发展趋势,在客观上促使了材料与设计、工艺的紧密结合;而随着CAD、CAPP、CAM的出现,汽车零部件设计、材料与制造工艺之间的界限也越来越淡化,逐步成为一体;同时,随着世界经济全球化进程的不断加快,汽车行业的竞争愈演愈烈,汽车制造商面临的成本压力越来越大,从而也要求将设计、材料与制造工艺作为一体进行综合考虑,以谋求总体效益的最大化。激光拼焊、液压成形、金属半固态加工以及不同材料的连接技术等新技术的出现,就是这种发展趋势的具体体现。219　未来的零部件选材趋向的理念

德国Paderborn大学的Hahn等人提出多材料组合的轻量化结构和合适的材料用于合适的部[10]位,他们认为这代表了未来车身选材的发展方向。随着众多新材料的出现,汽车零部件选材有了较大的回旋空间。但是要想以最小的代价获取最大的轻量化效果,就必须在满足零部件基本性能要求的前提下,在轻量化和材料特性、工艺性、生产批量、成本及其它制约因素中找到一个最佳的结合点,因而多材料组合的轻量化结构就成为必然的选择。而要实现多材料组合的轻量化结构,就必须强调合适的材料用于合适的部位。

但同国外相比,我国汽车工业整体技术水平还比较落后,汽车材料领域的差距更大。主要表现为:自主创新能力差,产品大多仿照国外,缺乏原创性成果和具有自主知识产权的品牌与产品;缺少有效的科技创新,研究工作主要集中在大学与科研机构,成果难以产业化;企业自主创新能力不足,产品结构不合理,技术含量低,不能满足市场对高端产品的需求;技术与管理水平落后,生产规模小,劳动生产率低,产品质量差;汽车专用材料品种繁杂、数量少,产量难以达到经济规模;汽车材料基础技术研究薄弱,缺少新材料评价技术与体系,材料技术标准混乱,基础技术数据与行业统计数据贫乏。

从总体上看,我国汽车材料领域的现状还不能很好地满足国内汽车工业发展的需要。312　高强度钢

近年来国内在汽车用高强度钢的开发与应用方面取得较大进展。国内各大钢铁公司纷纷将汽车用钢,尤其是高强度钢作为优先发展的重点方向,并投入了较大的资金和力量,发展汽车工业所需的新产

[11]

品。以宝钢为例,表3为宝钢已形成商业化供货能力的高强度钢板品种,它涵盖了国外当前生产的主要品种,表明国产高强度钢系列已初步形成。

轿车钢板国产化率也有了较大幅度的提高。前几年仅为30%～50%的水平,而现在一般可达80%以上。表4为某05新款轿车钢板品种构成情况,钢板总用量为512kg,其中高强度钢板占3812%。该

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表3　宝钢已形成商业化供货能力的

高强度钢板品种

分类级别

CQDQDDQBHISDPTRIPCQDQDDQBHDPTRIP

成分说明

340370390440490540590690780

C2Mn.HSLALC+PIF+PULC+PLC+TiC2MnC2Mn2SiC2Mn.HSLALC+PIF+PULC+PC2Mn2MoC2Mn2AI

抗拉强度级别/MPa

大,力学性能、工艺性能(成形性能、焊接性能)不稳

定、分散性大等问题。313　铝合金我国的铝矿产资源丰富,经过几十年的发展,原铝产量位居世界第一(2004年的产量达659万t),并形成了一个完整的铝工业体系。国内汽车工业用铝也呈现快速增长态势,1993年国内汽车工业用铝量仅为4万t,2003年则上升到28万t,年均增长达60%。“九五”期间进行了铝合金材料和铸件生产

冷

轧及其电镀锌钢板热镀锌及合金化钢板

●●●●●●●

●●●●●●●●●

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●●

●

●●●●●●●●

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●

成套工艺技术的开发研究,开发出了多种铸造Al2Si合金和高性能Al2Sn2Si系轴瓦材料;在半固态成形、快速凝固等先进成形技术研究与应用方面也取得了突破性进展。目前国内铸造铝合金的品种及牌号相对齐全,生产技术基本上能满足汽车工业的需要。同时,汽车用各类型材(包括6000系列和7000系列高强度牌号)、箔材国内基本上都能生产,板材有2000～5000系列,以及6000系列中的少数牌号,7000系列尚处于研发中。此外,国内在耐热铝合金、高强高韧铝合金、铝基复合材料等新材料的研究与应用方面也取得了较大进展。

从铝的应用水平看,20世纪90年代生产的国产轿车,单车铝合金用量一般在40～80kg,铝合金零件基本国产化;近年推出的新车型,铝合金零件的质量基本都在100kg以上(如东风日产蓝鸟、颐达,一汽奥迪等),但国产化率较低。

由于成本的制约,国产载重车铝的应用水平远低于轿车,目前单车用量大体在40kg上下,相当于整车总质量的1%左右。除活塞外,铝合金零件还有气阀室罩盖、转向器上盖、齿轮室、脚踏板和散热器以及阀类零件等。新车型的用铝合金量则有明显的提高,已达到80kg甚至100kg以上。增加部分主要集中在发动机上,如进气歧管、油底壳、飞轮壳、齿轮室罩盖、水泵壳、机油泵壳和中冷器散热器等,如图6所示。

●●表4　某05新款轿车钢板品种构成品　种所占比例/%质量/kg

高强度钢板(抗拉强度/MPa)

3407173914

440,78012106114

59015147818

611831614

100512

软钢板合计

车2005年上半年钢板国产化率为18%,预计2006

年年底可达90%左右。

国内外载重车车架、车身和车轮等总成用钢的强度对比见表5。从表中的数据不难得出,同国外相比,国内用材的强度水平普遍要低1～3级。

表5　国内外载重车用高强度钢板强度对比

应用部位车架车身车轮

材料抗拉强度/MPa国内

375～590270～440320～550

国外

440～780270～590490～650

应用高强度钢存在的主要问题是:自主开发能力不足,新产品的开发与生产主要依靠引进技术与装备;品种少,没有形成完整的产品系列,不能完全满足国内汽车工业的需求,以致目前有部分汽车薄板需从国外进口;大部分企业产品质量水平与国外存在较大差距,主要存在钢材表面质量差,尺寸误差

图6　某国产重型车发动机上的部分铝合金零件

2006(Vol.28)No.3冯美斌:汽车轻量化技术中新材料的发展及应用・　219・

目前主要问题有:没有结合我国资源特点建立起具有自主知识产权的汽车工业用铝合金体系,现有产品标准化、系列化程度不高,生产也没有达到专业化;铸造铝合金熔体的纯净度不高,铸件成分不稳定,力学性能较差;铝板材品种不全,高端产品缺乏;板材成形性能差,烘烤硬化效果差,表面质量低、尺寸精度低(包括带材与管材),不能满足国内汽车工业的需求;材料成本高。314　镁合金

我国镁的蕴藏也十分丰富,菱镁矿资源占全球总量的2215%,原镁产量已占全球产量的%。2004年我国原镁产量达45万t,由于国内消费不足,其中3814万t用于出口。2001年以前,国内批量生产的汽车镁合金压铸件主要是桑塔纳轿车变速器壳体,年产量不到3000t。

为将我国的镁资源优势变为镁产业优势,“镁合金应用与开发”列为“十五”我国材料领域重点任务,并于2001年启动“镁合金开发应用及产业化”项目,2004～2005年国家科技部又将“镁合金开发应用及产业化”列为滚动发展项目;同时,国家863计划也安排了有关耐热、变形、高强高韧等镁合金新材料、新工艺研究项目;国家计委将镁合金产业化列为高新技术产业化示范项目。其中“镁合金开发应用及产业化”项目对推动镁合金在汽车上的应用起到了重要作用。该项目已取得了显著的阶段性成果,突破了一批前沿核心技术和产业化关键技术,初步形成了从高品位镁合金生产、镁合金关键工艺与装备、汽车镁合金零件开发、生产到产业化环境与示范基地建设的一条完整产业链,在一汽、东风、长安等汽车企业建立了压铸镁合金生产线,开始批量生产镁合金铸件。东风近期投产的630、800和1600t镁合金压铸件生产线,可批量生产载重车的变速器上盖、脚踏板、真空助力器隔板、制动阀体等16种零件,如图7所示。

从总体上看,我国汽车镁合金的开发与应用尚处于起步阶段。存在的主要问题为:原创性的研究成果少,目前主要的合金牌号基本上都是仿国外产品;汽车用的镁合金品种及牌号不多,尤其是板材与型材缺乏;镁锭中的夹杂物和有害元素含量高,缺少统一的检测标准,尚不能较好地满足高性能压铸件及板材、型材生产的要求;镁合金基础研究薄弱。315　塑料

一般认为20世纪60～70年代是我国汽车塑料发的起步阶段,其间汽车上的塑料零件很少,仅限于

图7　东风公司的镁合金压铸生产线及生产的部分压铸件

电器绝缘件和转向盘等零件,以及钢板弹簧衬套、半轴齿轮垫片等小型结构件。自20世纪70年代末开始,采用PUR软泡沫、PVC革和PVC薄膜制造汽车座椅、仪表板、顶棚、地垫和门内板等,即所谓汽车内饰软化阶段。从20世纪90年代末开始进入汽车塑料全面发展期。轿车非金属材料国产化,大大提高了塑料在汽车上的应用水平,汽车塑料的用量逐年增长。目前,除部分原料和助剂外,普通用途的车用塑料及其基本原料国内均可以生产。

目前国产轿车塑料的单车用量为50～110kg,所使用类型和品种与国外基本相同。我国轿车塑料的应用水平,无论从单车用量、应用品种以及塑料制件的生产技术,均已基本达到引进国外同类产品的技术水平。国产轻、中型载货车塑料用量约40～50kg,重型载货车可达80～150kg左右。应用主要以内饰件为主;同时水箱面罩、保险杠、轮罩、挡泥板、导流板、翼子板、脚踏板、灯壳和灯罩等塑料外装件也越来越普遍;此外还有进气管、空气滤清器、暖风机和空调零件等。

目前存在的主要问题包括:汽车专用塑料牌号少,产品性能不能满足选材要求,有些产品目前国内不能生产,需进口或采用改性塑料替代;品种繁多,

・　220・汽　车　工　程2006年(第28卷)第3期

Super2EfficientFamilyCar[R],OTA2ETI2638,September1995.

材料标准混乱,不利于大批量生产与应用;缺少大型骨干企业,现有的生产企业规模小而分散,技术开发能力薄弱,工艺水平落后,不仅使产品质量难以保证,而且有些零件(如进气歧管)至今有相当一部分仍依靠进口;塑料的回收、再生利用方面刚刚起步,与国外差距很大。

[2]　敖炳秋.轻量化汽车材料技术的最新动态[J].汽车工艺与材

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[6]　冯美斌.从SAE2004年会看汽车材料发展趋势[J].汽车工艺

4　结束语

材料技术在汽车轻量化中扮演着重要角色,但

汽车的轻量化是一个复杂的系统工程。要想以最低的成本获取最佳的轻量化效果,需要在开发新材料的同时,不断发展相应的汽车零部件设计、制造技术和其它相关技术,在这些方面还有很长的路要走。致谢

此文在形成的过程中曾得到敖炳秋、褚东宁、王东川、张郧生、康明、李飞鹏等专家以及李建平工程师的大力帮助,在此作者谨向他们致以衷心的感谢。

参考文献

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(上接第307页)

后悬架和整车性能匹配分析。建立的前后悬架和整车性能匹配分析ADAMS模型如图10所示。整车物理样机经对比测试,和设计分析结果相符合。

计经验的重复使用,产生摩托车总体配置方案,并由配置方案提供的数据驱动,自动生成总体布置的3D参数模型,进行性能匹配分析和仿真,实现了系统动态特性的预测和整车动态性能的匹配。

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图10　前后悬架和整车性能匹配分析模型

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8　结论

研究开发的摩托车智能设计系统根据用户输入的需求,通过知识库系统实现摩托车领域知识和设