汽車輕量化總結(jié)答辯第一頁，共124頁。汽車輕量化的趨勢汽車輕量化途徑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化制造工藝創(chuàng)新材料輕量化內(nèi)容第二頁，共124頁。研究表明，轎車減重減重100kg與節(jié)油效果關(guān)系如下所示：第三頁，共124頁。汽車輕量化趨勢

在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動力性能，減少燃料消耗，降低排氣污染。整車重量減少100kg油耗：-0.4L/100kmCO2:-10g/100km環(huán)保和節(jié)能的需要…輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流和趨勢!綠色、環(huán)境友好型趨勢＝第四頁，共124頁。制造工藝創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化熱壓成型、液壓成型、內(nèi)高壓成型、激光拼焊等高強鋼、鎂合金、鋁合金、工程塑料及其復(fù)合材料和陶瓷材料等材料輕量化同時，還有零部件數(shù)量集成及功能集成，實現(xiàn)整車輕量化汽車輕量化的途徑第五頁，共124頁。第六頁，共124頁。結(jié)構(gòu)優(yōu)化對汽車總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和優(yōu)化，實現(xiàn)對汽車零部件的精簡、整體化和輕質(zhì)化。在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，利用CAD/CAE/CAM等軟件輔助汽車設(shè)計已經(jīng)成為不可或缺的環(huán)節(jié)，涵蓋了汽車設(shè)計和制造的各個環(huán)節(jié)。通過這類軟件能夠建立數(shù)字化模型，準(zhǔn)確實現(xiàn)車身的實體結(jié)構(gòu)設(shè)計和局部設(shè)計，同時可以通過仿真計算來檢驗汽車結(jié)構(gòu)的剛度，模態(tài)等參數(shù)，并且能夠便捷地對汽車結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。利用CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)，可以準(zhǔn)確實現(xiàn)各構(gòu)件的開頭配置、板材厚度的變化進(jìn)行分析，并可從數(shù)據(jù)庫中提取由系統(tǒng)直接生成的有關(guān)該車的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行工程分析和剛度、強度計算。對于采用輕質(zhì)材料的零部件，還可以進(jìn)行布局分析和運動干涉分析等，使輕量化材料能夠滿足車身設(shè)計的各項要求。第七頁，共124頁。

從模流分析結(jié)果看，原方案的玻纖取向略差，經(jīng)澆口調(diào)整后玻纖取向有所改善。

CAE計算顯示優(yōu)化后剛度提升了10%。原方案新方案結(jié)構(gòu)優(yōu)化第八頁，共124頁。結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，減重方案的開發(fā)與應(yīng)用高流動材料PP,降低產(chǎn)品壁厚，提高產(chǎn)品剛性，產(chǎn)品減重1.高剛度保證零件的薄壁化2.高流動性保證薄壁零件的成形性結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可減輕更多的重量！第九頁，共124頁。通過開發(fā)汽車車身、底盤、動力傳動系統(tǒng)等大型零部件整體加工技術(shù)和相關(guān)的模塊化設(shè)計和制造技術(shù)，使節(jié)能型汽車從制造到使用各個環(huán)節(jié)都真正實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保。通過結(jié)合參數(shù)反演技術(shù)、多目標(biāo)全局優(yōu)化等現(xiàn)代車身設(shè)計方法，研究汽車輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，包括多種輕量化材料的匹配、零部件的優(yōu)化分塊等。從結(jié)構(gòu)上減少零部件數(shù)量，確保在汽車整車性能不變的前提下達(dá)到減輕自重的目的。第十頁，共124頁。通過開發(fā)汽車車身、底盤、動力傳動系統(tǒng)等大型零部件整體加工技術(shù)和相關(guān)的模塊化設(shè)計和制造技術(shù)，使節(jié)能型汽車從制造到使用各個環(huán)節(jié)都真正實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保。第十一頁，共124頁。離合器軟管金屬管+橡膠管+卡箍+接頭TPU外覆層+鋼絲增強+PTFE內(nèi)管以少代多典型應(yīng)用案例一第十二頁，共124頁。EPDM膠管+不銹鋼管+卡箍TPV吹塑管與EPDM膠管硫化粘接為一體中冷器出氣管以少代多典型應(yīng)用案例二第十三頁，共124頁。具體結(jié)構(gòu)合理設(shè)計主要有以下3個方面：通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，減小車身骨架及車身鋼板的質(zhì)量，對車身強度和剛度進(jìn)行校核，確保汽車在滿足性能的前提下減輕自重。通過結(jié)構(gòu)的小型化，促進(jìn)汽車輕量化，主要通過其主要功能部件在同等使用性能不變的情況下，縮小尺寸。采取運動結(jié)構(gòu)方式的變化來達(dá)到目的。比如采用轎車發(fā)動機前置、前輪驅(qū)動和超輕懸架結(jié)構(gòu)等，使結(jié)構(gòu)更緊湊，或采取發(fā)動機后置、后輪驅(qū)動的方式，達(dá)到使整車局部變小，實現(xiàn)輕量化的目標(biāo)。

在汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面，我國已經(jīng)完全從依靠經(jīng)驗設(shè)計發(fā)展到應(yīng)用有限元等現(xiàn)代設(shè)計方法進(jìn)行靜強度計算和分析階段。第十四頁，共124頁。優(yōu)勢：1.輕量化：微發(fā)泡工藝可節(jié)省產(chǎn)品原材料20%左右及有利于內(nèi)外飾件輕量化；2.成本優(yōu)勢：微發(fā)泡工藝注塑可縮短產(chǎn)品成型周期及節(jié)省20%左右原材料有利于降低塑料零部件成本；3.高精度：微發(fā)泡工藝注塑可減小或消除了常規(guī)模塑在合模和保壓過程中產(chǎn)生的模內(nèi)應(yīng)力，提升了產(chǎn)品成型尺寸精度。微發(fā)泡注塑工藝

新工藝的開發(fā)與應(yīng)用第十五頁，共124頁。材料輕量化應(yīng)用的現(xiàn)狀第十六頁，共124頁。第十七頁，共124頁。隨著汽車材料技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代汽車制造材料的構(gòu)成也在不斷發(fā)生變化。以現(xiàn)代轎車用材為例，按照重量換算，鋼材占汽車自重的55％～60％，鑄鐵占5％～12％，有色金屬占6％～10％，塑料占8％～12％，橡膠占4％，玻璃占3％，其他材料(油漆、各種液體等)占6％～12％。汽車材料在汽車上的應(yīng)用比例第十八頁，共124頁。第十九頁，共124頁。輕量化汽車材料技術(shù)的發(fā)展趨勢由于鋼鐵材料在強度、塑性、抗沖擊能力、回收使用及低成本方面具有綜合的優(yōu)越，其在汽車材料中的主導(dǎo)地位仍是不可動搖的。但高強度鋼和超高強度鋼的應(yīng)用，如汽車車身、底盤、懸架、轉(zhuǎn)向等零部件上，將有較大增長。

鋁鎂合金在汽車上的用量將明顯增加。

工程塑料、復(fù)合材料所占比例將有明顯增長。多材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，既能改進(jìn)汽車性能，又能顯著減小質(zhì)量。當(dāng)前材料的組合仍以高強度鋼、鋁、鎂和塑料為主。要實現(xiàn)多材料輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須強調(diào)“合適的材料用在合適的部位”

第二十頁，共124頁。奧迪A8和英國捷豹XJ兩個高級豪華車據(jù)守輕金屬車身這唯一一塊陣地寶馬5系列車身前端總成以沖壓鋁板件，鑄鋁合金件和鋁擠壓件焊接而成目前只是在中高檔轎車中廣泛采用鎂，鋁，工程塑料和高強度鋼的混合車身現(xiàn)代汽車的絕大部分內(nèi)飾件以翼子板，保險桿外罩和許多乘用車的發(fā)動機罩內(nèi)板都是由工程塑料制成的第二十一頁，共124頁。高強度鋼板

采用高強度鋼板可以達(dá)到減薄車身用板的厚度和重量的目的,在輕量化的同時，增加了安全性能。

高強度鋼一般是指冷軋340MPa、熱軋490MPa以上的鋼,這些新型高強度鋼板具有較低的屈強比、較好的應(yīng)變分布能力和較高的應(yīng)變硬化特性,同時高強度鋼板的力學(xué)性能更加均勻，從而具有更好的碰撞特性和更高的疲勞壽命。第二十二頁，共124頁。汽車用鋼板的強化機理現(xiàn)代汽車高強度鋼板是采用使其金相組織得到強化的機理，而獲得組織強化、復(fù)合組織強化、相變強化、熱處理強化、冷作硬化和時效強化等現(xiàn)代高強度鋼。目前高強度鋼板主要包括冷軋含磷板、雙相鋼(DP鋼)板以及相變誘發(fā)塑性鋼(TRIP鋼)板等。第二十三頁，共124頁。

德國的兩款轎車和SUV上所用的高強度鋼材料VWPolo（大眾波羅）、PorscheCayanne（保時捷卡宴）、OpeVectra（歐寶維佳）等車型中現(xiàn)代高強度鋼的用量分別為60%、36%、45%，用量非常大，而且已經(jīng)超越了普通鋼，成為汽車用鋼的主力軍，成為未來汽車材料的發(fā)展方向之一。第二十四頁，共124頁。豐田汽車公司在其生產(chǎn)的豐田系列轎車上已經(jīng)應(yīng)用高強度鋼制作車身及其零部件。車身質(zhì)量要求越來越輕.車身重量的變化及高強度鋼的使用比例第二十五頁，共124頁。除上述國家外，各大汽車企業(yè)和鋼鐵協(xié)會也組成了超輕鋼車體計劃(ultralightsteelautobody)，目的是研究出新型高強度鋼材料，擴大高強度鋼材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，其目標(biāo)是開發(fā)新型輕型鋼車體，該型車比現(xiàn)有的車型更安全、更節(jié)能、更有利于環(huán)境保護(hù)、售價不增加。其中材料的開發(fā)與優(yōu)化包括：新型高強度高成形性鋼的開發(fā)與使用的優(yōu)化，形成了以高強鋼、超高強鋼、雙相鋼和TRIP鋼為主的新型汽車用鋼系列；以激光拼焊板、液壓成形管件和夾層板為特色的新型鋼材系列。第二十六頁，共124頁。我國已有武鋼、寶鋼、鞍鋼、上汽集團(tuán)、上海大學(xué)、重慶汽車研究所等單位對汽車高強度鋼材料開展了研究，特別是寶鋼、武鋼、上汽集團(tuán)等單位在高強度鋼領(lǐng)域有突出地位。國家科技部已將“500MPa以上高強度鋼的先進(jìn)制造技術(shù)”列為了863重點支持項目。第二十七頁，共124頁。寶鋼TRIP600與國外同類鋼的典型性能

寶鋼生產(chǎn)的高強度鋼的強度等級為600MPa以上，性能與國外同類鋼相差無幾，但在國產(chǎn)轎車上還沒有正式采用，相關(guān)的加工和成型技術(shù)也必須依賴國外。第二十八頁，共124頁。

汽車用高強度鋼的減重潛能相對于傳統(tǒng)的340MPa的材料,600MPa級的鋼種在理論上的減重潛能大約為20%.然而,對于800MPa的材料,其減重潛能會提高至30%以上.Sumitomo公司的論文闡述了生產(chǎn)車輪用的700MPa和800MPa的熱軋鋼的發(fā)展.可達(dá)到該目標(biāo)強度的化學(xué)成分為低碳,硅,錳,鉻以及鈮和鈦微合金化元素.第二十九頁，共124頁。鋁及鋁合金

汽車工業(yè)運用最多的是鑄造鋁合金和形變鋁合金。運用形變鋁材制造車身面板的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，包括發(fā)動機罩、行李箱罩、車門、翼子板等。保險杠、輪轂和汽車結(jié)構(gòu)零件也廣泛使用鋁合金材料。市場上絕大部分的發(fā)動機缸蓋都已經(jīng)是鋁合金材料，部分轎車發(fā)動機為全鋁發(fā)動機，相比同等排量鑄鐵發(fā)動機，使用鋁缸體的發(fā)動機能減輕20kg左右的重量。除了較輕的重量和良好的散熱性能之外，全鋁發(fā)動機在鑄造上也有很大優(yōu)勢。鑄鐵生產(chǎn)線占地面積達(dá)，對環(huán)境污染嚴(yán)重，加工工藝復(fù)雜，而鑄鋁工藝則正好相反，因此鑄鋁發(fā)動機在市場競爭上具有一定的優(yōu)勢。寶馬目前大部分發(fā)動機都采用了其獨創(chuàng)的鋁鎂合金材料技術(shù)，最具代表性的是寶馬的3.0L直列六缸發(fā)動機。鎂鋁合金材料的使用使得該發(fā)動機在原有全鋁發(fā)動機的基礎(chǔ)上發(fā)動機重量降低了30%，僅重161kg，而輸出功率卻提高了12%，油耗也有所下降。除此之外，市場上各個級別的轎車也均有使用全鋁發(fā)動機的車型，例如鈴木雨燕，?？怂梗骷{塔8，奧迪A8等。第三十頁，共124頁。鋁具有良好的機械性能，其密度只有鋼鐵的1/3，機械加工性能比鐵高4.5倍，耐腐蝕性、導(dǎo)熱性好。其合金還具有高強度、易回收、吸能性好等特點。。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。鋁合金型材鋁鑄件第三十一頁，共124頁?？蓪X合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為可熱處理強化和不可熱處理強化兩類。鋁合金分類示意圖鋁合金的分類鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。第三十二頁，共124頁。常用變形鋁合金①防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是衛(wèi)星天線（LF2）

提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用。防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進(jìn)行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。第三十三頁，共124頁。汽化器(熱交換管為LF21)常用的Al-Mn系合金有LF21（3A21），其抗蝕性和強度高于純鋁，用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5（5A05）,其密度比

純鋁小，強度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。第三十四頁，共124頁。②硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M(jìn)行時效強化，也可進(jìn)行變形強化。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)取?/p>

飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)第三十五頁，共124頁。③超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時效強化效果超過硬鋁合金。熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件。飛機主起落架第三十六頁，共124頁。④鍛鋁合金Al-Cu-Mg-Si系合金可鍛性好，力學(xué)性能高，用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件。壓氣機葉片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金常用牌號有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件。第三十七頁，共124頁。鑄造鋁合金包括：⑴Al-Si系鑄造鋁合金

又稱硅鋁明。其中ZL102（ZAlSi12）是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明。577℃12.7%第三十八頁，共124頁。加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復(fù)雜(或特殊)硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。活塞(裙部為鋁硅合金)用于制造飛機、儀表、電動機殼體、汽缸體、風(fēng)機葉片、發(fā)動機活塞等。第三十九頁，共124頁。⑵Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。汽缸頭常用代號有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件，如內(nèi)燃機汽缸頭、汽車活塞等。第四十頁，共124頁。⑶Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強度高，密度??；但鑄造性能差,耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)

等。主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件,如艦船配件、氨用泵體等。鼓風(fēng)機密封件等(ZL102、301)第四十一頁，共124頁。⑷Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。第四十二頁，共124頁。第四十三頁，共124頁。全鋁車身設(shè)計實例

Ford·P2000采用沖壓焊接制造的鋁質(zhì)車身骨架，可用現(xiàn)有鋼板的加工方法加工，白車身質(zhì)量135.6kg，整車輕32.8%，市區(qū)百公里油耗減少22.8%。奧迪A8是大型豪華轎車，它的整車質(zhì)量，僅相當(dāng)于一輛中型轎車。奧迪A8鋁合金框架支撐著全鋁合金車身的創(chuàng)新技術(shù)被稱為“ASF”—即奧迪空間框架技術(shù)，ASF車身結(jié)構(gòu)由擠壓的鋁部件及壓鑄件組成，該架構(gòu)支撐鋁板元件。第四十四頁，共124頁。第四十五頁，共124頁。第四十六頁，共124頁。第四十七頁，共124頁。鎂及鎂合金

鎂及其合金是最輕的結(jié)構(gòu)材料之一,由于鎂合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性能、高的比度、比剛度、減震性、加工工藝性能和易回收、有利于環(huán)保等特性,因此早已引起航空工業(yè)和汽車工業(yè)注意。

鎂合金具有與鋁合金相似的性能，但是鎂的密度更低，它們的密度之比為1.8:3，是當(dāng)前最理想、重量最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，因而成為汽車減輕自重、以提高其節(jié)能性和環(huán)保性的首選材料。但其鑄造性差，后處理工藝復(fù)雜，成本高。我國的鎂資源非常豐富，儲量占世界首位。但是國內(nèi)用量很少，尤其汽車行業(yè)用量極少，因此前景非常廣闊。而西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家對鋁基、鎂基的金屬基復(fù)合材料的開發(fā)與應(yīng)用，已達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化階段。第四十八頁，共124頁。歐美采用鎂合金制造的部分汽車零件第四十九頁，共124頁。鎂合金成型工藝進(jìn)展鎂合金熔煉技術(shù)鎂化學(xué)性質(zhì)較活潑,在大氣中熔煉時,鎂合金容易氧化和燃燒,因此常采用合金液阻燃技術(shù)和變質(zhì)處理技術(shù)。鎂合金鑄造成型技術(shù)生產(chǎn)工藝主要是鑄造工藝和變形工藝,鑄造工藝主要有壓力鑄造、砂型鑄造、低壓鑄造、精密鑄造、擠壓鑄造和半固態(tài)壓力鑄造等,變形工藝主要為鍛造和沖壓。鑄造成形方法中以壓力鑄造應(yīng)用最廣泛。第五十頁，共124頁。第五十一頁，共124頁。鎂合金的研究開發(fā)概況

目前鎂合金應(yīng)用發(fā)展勢頭最大的國家和地區(qū)是:北美和歐洲、日本、韓國和中國臺灣地區(qū)。在北美、歐洲，鎂合金主要應(yīng)用領(lǐng)域是汽車行業(yè);鎂是比鋁更輕的金屬材料，它可在鋁減重基礎(chǔ)上再減輕15％～20％。盡管鎂在當(dāng)前汽車用材中所占的比例不到1％，但是在輕量化的驅(qū)動下，鎂材料技術(shù)開發(fā)的力度不斷加大，它已步入快速發(fā)展階段。到目前為止，汽車上采用鎂合金的零部件至少超過60多種。第五十二頁，共124頁。

輕質(zhì)材料變速器殼體

變速器殼體、離合器殼體、操縱蓋以及換檔撥叉等零件目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用鋁、鎂合金，鎂合金的密度為1.8g/cm3，是鋁合金的2/3，不足鋼的1/4，大眾汽車公司和奧迪汽車公司啟動了使用鎂合金的戰(zhàn)略，福特汽車公司也在其輕型載貨車的離合器殼體中使用了鎂合金。第五十三頁，共124頁。鎂鋁變速器殼體第五十四頁，共124頁。第五十五頁，共124頁。以塑代鋼材料的發(fā)展輕量化應(yīng)對思路以輕代重以塑代鋼以少代多金屬零件塑料化零件集成化非金屬材料輕質(zhì)化第五十六頁，共124頁。經(jīng)濟國內(nèi)某商用車用材統(tǒng)計

相關(guān)資料顯示，商用汽車每減重10%，可提高燃油效率5%～7%、減少CO2排放量4.5%左右。以塑代鋼背景及應(yīng)對技術(shù)思路工程塑料在商用車上的應(yīng)用潛力有待發(fā)掘工程塑料的高性能化為其拓展應(yīng)用提供了可能第五十七頁，共124頁。與相同結(jié)構(gòu)性能的鋼材相比，塑料和復(fù)合材料一般可減輕部件的重量在35％左右。低密度與超低密度片狀成型復(fù)合材料的發(fā)展提供了更多的潛力，在重量減輕與強度方面達(dá)到甚至超過了鋁材，整體成本通常更低。塑料是由非金屬為主的有機物組成的，具有密度小、成型性好、耐腐蝕、防振、隔音隔熱等性能，同時又具有金屬鋼板不具備的外觀色澤和觸感。塑料材料在汽車行業(yè)中的應(yīng)用前景廣泛看好，目前世界上不少轎車上塑料的使用量已經(jīng)超過了120kg/輛，奔馳的高級轎車上的塑料用量甚至超過了150kg/輛，國內(nèi)一些轎車的塑料用量也達(dá)到了90kg/輛。汽車輕量化設(shè)計中，塑料材料在汽車內(nèi)裝件和外裝件中被廣泛應(yīng)用，汽車塑料用量多少，已經(jīng)成為衡量汽車設(shè)計和制造水平的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。第五十八頁，共124頁。塑料應(yīng)用的最大優(yōu)勢在于輕，其比重不超過2.0，而輕量化中常用的鋁材質(zhì)的比重為2.7?！耙运艽摗笔峭庋b飾件材料選擇的一大趨勢，主要部件有保險杠，擋泥板，車輪罩，導(dǎo)流板等；而汽車的內(nèi)飾件上塑料應(yīng)用更多，如儀表板、車門內(nèi)板、頂棚、副儀表板、雜物箱蓋、座椅及各類護(hù)板、側(cè)圍內(nèi)襯板、車門防撞條、扶手、車窗、散熱器罩、座椅支架等。此外部分高性能塑料還被應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件和功能件，例如油箱，散熱器水室，空氣過濾器罩和發(fā)電機及其相關(guān)系統(tǒng)、風(fēng)扇葉片等。第五十九頁，共124頁。塑料在汽車上的應(yīng)用汽車用塑料零部件分為三類：內(nèi)飾件、外飾件和功能件

第六十頁，共124頁。以塑代鋼高性能技術(shù)應(yīng)用塑料翼子板-2.5kg發(fā)動機下護(hù)板-2.5kg輪罩襯板-3.2kg前端模塊-3kg前碰橫梁-2.4kg前碰吸能塊-0.5kg電池盒-4kg腳踏板-1kg后碰橫梁-2.5kg備胎盒-3.5kg塑料背掀門模塊-5.0kg車身底部護(hù)板-4kg車窗系統(tǒng)-18kg綜合各主機廠根據(jù)車型選用的以塑代鋼輕量化技術(shù)可帶來60kg以上的輕量化效果（外飾）。塑料油箱-5kg外飾新型技術(shù)應(yīng)用總覽全景天窗-4kg第六十一頁，共124頁。儀表板模塊-0.5kg門模塊-2.0kg座椅骨架-5kg擱物版（衣帽架）-1kg行李箱地板-2.5kg儀表板支架-2.5kg頂棚模塊-2.0kg儲物盒-1kg中控面板模塊-1kg綜合各主機廠根據(jù)車型選用的以塑代鋼輕量化技術(shù)可帶來15kg以上的輕量化效果（內(nèi)飾）。方向盤模塊-1kg以塑代鋼高性能技術(shù)應(yīng)用內(nèi)飾新型技術(shù)應(yīng)用總覽第六十二頁，共124頁。大眾甲殼蟲系列雷諾CLIOⅡ（sports）標(biāo)致307塑料翼子板優(yōu)勢目前塑料翼子板設(shè)計主要關(guān)注問題：1.塑料翼子板材料膨脹系數(shù)相對金屬材料較大，設(shè)計時需對間隙斷差、尺寸公差進(jìn)行重點控制；2.模具設(shè)計及制造工藝控制；3.噴涂方式與總裝線設(shè)計的結(jié)合；4.根據(jù)成本分析，5萬量產(chǎn)量以下塑料翼子板有系統(tǒng)成本優(yōu)勢，5萬量以上則較金屬有更大的成本壓力。典型以塑代鋼技術(shù)介紹1.塑料翼子板（fender）傳統(tǒng)材料：金屬替換材料：PPO+PA金屬重量：2.45kg塑料重量：1.15kg（單件）第六十三頁，共124頁。本田Civic雷諾MéganeR26R減重=50%設(shè)計自由度=獨一無二的造型零件集成=降低復(fù)雜性以塑代鋼技術(shù)介紹2.塑料車窗玻璃傳統(tǒng)材料：玻璃替換材料：PC玻璃重量：5kg塑料重量：2.5kg第六十四頁，共124頁。外板：PC/ABS內(nèi)板：PP+30LGF福特kuga設(shè)計：設(shè)計自由度高，成型工序簡單節(jié)能：減輕重量約30%安全：提高防撞能力集成：后窗整合，減少裝配工序典型以塑代鋼技術(shù)介紹3.塑料背門系統(tǒng)傳統(tǒng)材料：金屬替換材料：PP+LGFPPO+PA金屬重量：20kg塑料重量：13-14kg第六十五頁，共124頁。典型以塑代鋼技術(shù)介紹4.塑料方向盤優(yōu)勢：1.輕量化：可減重0.5-0.7kg2.零件集成化:可集成部分電器件安裝固定結(jié)構(gòu)3.工藝多樣化：可實現(xiàn)多種工藝效果（水轉(zhuǎn)印、IMD）4.環(huán)境友好：易回收第六十六頁，共124頁。

在我國，塑料件約占汽車自重的7%～10%，舉例來說，在轎車和輕型車中，CA7220小紅旗轎車中的塑料用量為88.33kg，上海桑塔納為67.2kg，奧迪為89.98kg，富康為81.5kg，依維柯0041則為144.5kg；在重型車中，斯太爾1491為82.25kg，斯太爾王為120.5kg。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國汽車用塑料的品種按用量排列依次為PP，PVC，PU，不飽和樹脂，ABS，PF，PE，PA，PC，復(fù)合材料。

第六十七頁，共124頁。復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用復(fù)合材料即纖維增強塑料，是一種增強纖維和塑料復(fù)合而成的材料。常用的是玻璃纖維和熱固性樹脂的復(fù)合材料。增強用的纖維除玻璃外，還有高級的碳纖維、合成纖維。復(fù)合材料作為汽車材料具有很多優(yōu)點：密度小、設(shè)計靈活美觀、易設(shè)計成整體結(jié)構(gòu)、耐腐蝕、隔熱隔電、耐沖擊、抗振等。目前玻璃鋼復(fù)合材料的應(yīng)用非常廣泛，尤其在歐美車系中。其中尤以SMC（片狀模塑料）和GMT（玻璃纖維增強型熱塑性塑料）的應(yīng)用最為廣泛。曼、雷諾、沃爾沃、奔馳、依維柯、達(dá)夫等歐洲重型卡車制造商的駕駛室材料中，都大量選用了SMC。在國內(nèi)，SMC材料在汽車領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是商用汽車領(lǐng)域。中國重汽、陜西重汽、福田歐曼、重慶紅巖等主要重型卡車制造商，其駕駛室的制造都不同程度地采用了SMC材料。第六十八頁，共124頁。塑料復(fù)合材料替代傳統(tǒng)金屬172193.6241.3367.9車身側(cè)圍底板橫梁橫梁車頂碳纖維復(fù)合材料碳纖/玻纖復(fù)合材料玻纖復(fù)合材料鋼塑料復(fù)合材料越來越多的用來替代傳統(tǒng)金屬材料，成為實現(xiàn)汽車輕量化用材主要趨勢之一。各種材料車身質(zhì)量對比各種材料能量吸收性能比較

第六十九頁，共124頁。數(shù)據(jù)來源據(jù)最新統(tǒng)計，汽車行業(yè)的纖維增強塑料復(fù)合材料消耗量約占其世界總消耗量的80%。其中歐美消耗量大約占95%(歐洲占80%，美國占15%)。第七十頁，共124頁。在復(fù)合材料價值鏈中，原材料、浸漬、結(jié)構(gòu)件制造等中間產(chǎn)品加工成本占50%以上。其原材料和浸漬成本具有相對穩(wěn)定性，降低結(jié)構(gòu)件的制造成本成為關(guān)鍵。第七十一頁，共124頁。與整車價位有關(guān)的材料輕量化設(shè)計技術(shù)路線1、低價位車型（＜10萬）：

以鋼為主+玻纖增強材料的應(yīng)用；2、中等價位車型（10-20萬）：

以鋼為主+少量的鋁合金+玻纖增強材料的應(yīng)用；3、高價位車型（20-80萬）：

以鋼為主+多量的鋁合金+玻纖增強材料的應(yīng)用；4、高端車型（＞80萬）：

以鋁合金為主+玻纖增強材料和碳纖復(fù)合材料的應(yīng)用；第七十二頁，共124頁。復(fù)合材料典型應(yīng)用案例SMC材料的應(yīng)用不銹鋼或鋁合金SMC牽引車工作臺第七十三頁，共124頁。

采用由環(huán)氧樹脂與甲基丙烯酸通過開環(huán)加成反應(yīng)制得的乙烯基酯樹脂，它保留了環(huán)氧樹脂的基本鏈段，具有較高綜合強度、高溫性能。發(fā)動機氣門室罩蓋復(fù)合材料典型應(yīng)用案例第七十四頁，共124頁。前頂蓋板側(cè)圍護(hù)板相比PP麻纖板，在性能相當(dāng)基礎(chǔ)上輕質(zhì)GMT可以減重20%～50%；強度更高。輕質(zhì)GMT的拉伸強度和剛性模量都高于PP麻纖板一倍以上；耐熱性更好。相對比的熱變形溫度，輕質(zhì)GMT遠(yuǎn)高于PP麻纖板；更環(huán)保。輕質(zhì)GMT相比PP麻纖板都是一種更低VOC、更環(huán)保的材料；輕質(zhì)GMT內(nèi)飾板復(fù)合材料典型應(yīng)用案例第七十五頁，共124頁。典型塑料復(fù)合材料汽車零部件：

涉及前端模塊、側(cè)門模塊、后尾門骨架、備胎艙、座椅骨架、儀表板骨架、頂棚、底護(hù)板和發(fā)動機罩蓋等部件第七十六頁，共124頁。第七十七頁，共124頁。以前端模塊為例，傳統(tǒng)前端模塊采用10-20個鋼板沖壓件焊接而成，為此，需要開發(fā)多達(dá)65套以上的模具，最終產(chǎn)品的重量為5.5Kg。第七十八頁，共124頁。

選用長玻纖增強熱塑性聚丙烯（PP-LGF30）制作前端模塊，其材料性能要求如下表所示，應(yīng)用模壓成形技術(shù)可以將20多個沖壓件進(jìn)行有效地組合集成化，且只需開發(fā)一套模具，就可完成整個產(chǎn)品的一次性成形。第七十九頁，共124頁。

相對金屬沖壓件，玻纖復(fù)合材料(PP-LGF30)制作的前端模塊部件，其產(chǎn)品重量僅為3.5Kg，實現(xiàn)部件減重30%。同時，還減少150萬元的前期模具投入費用，減少了焊接、涂裝等生產(chǎn)工序。第八十頁，共124頁。第八十一頁，共124頁。第八十二頁，共124頁。碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用

由于碳纖維增強聚合物基復(fù)合材料有足夠的強度和剛度，其適于制造汽車車身、底盤等主要結(jié)構(gòu)件的最輕材料。預(yù)計碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可使汽車車身、底盤減輕重量40％～60％，相當(dāng)于鋼結(jié)構(gòu)重的1/3～1/6。英國材料系統(tǒng)實驗室曾對碳纖維復(fù)合材料減重效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明碳纖維增強聚合物材料車重量僅為172kg，而鋼制車身重量為368kg，減重約50％。并且當(dāng)生產(chǎn)量在2萬輛以下時，采用RTM工藝生產(chǎn)復(fù)合材料車身成本要低于鋼制車身。主要在豪華轎車、跑車上、賽車上應(yīng)用如寶馬、雷克薩斯、蘭博基尼等第八十三頁，共124頁。該車的整個車身采用了碳纖維材質(zhì)打造，而底盤則由蜂窩式結(jié)構(gòu)的鋁合金制成，使得整車在保證剛度的同時，底盤量僅為70kg，車重僅有1330kg，是超級跑車領(lǐng)域中最輕的車型。最輕量化的超級跑車—柯尼塞格AgeraR第八十四頁，共124頁。碳纖維還因為其環(huán)保、耐磨的特點而應(yīng)用在剎車片上，碳纖維制動盤被廣泛用于競賽用汽車上，而且具有非常優(yōu)秀的制動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。應(yīng)用于F1賽車。第八十五頁，共124頁。碳纖維一體式車架最早出現(xiàn)在F1賽場，當(dāng)今F1車身上90%為合成材料，這些合成物中90%都是碳纖維。碳纖維是含碳量高于90%的無機高分子纖維，其軸向強度和模量非常高，通用型碳纖維強度為100MPa，模量100GPa左右，無蠕變，耐疲勞性好，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好。根據(jù)力學(xué)性能，碳纖維又分為通用型和高性能型，高性能型碳纖維主要有高強性（強度2000MPa，模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上），而當(dāng)今航天航空工業(yè)中使用的超高強型碳纖維強度已經(jīng)高于4000MPa，高模型碳纖維模量已經(jīng)大于450GPa。第八十六頁，共124頁。碳纖維符合材料的應(yīng)用優(yōu)勢第八十七頁，共124頁。碳纖維符合材料在汽車制造中的應(yīng)用領(lǐng)域第八十八頁，共124頁。碳纖維符合材料在汽車制造中的實際應(yīng)用第八十九頁，共124頁。碳纖維符合材料在汽車中的實際應(yīng)用第九十頁，共124頁。碳纖維符合材料在汽車制造中的實際應(yīng)用寶馬M3碳纖維車頂車重降低5KG,市場售價110.5萬，普通鋼制車頂售價110萬本田御用改裝廠——無限推出碳纖維材質(zhì)牌照架版改裝飛度雷克薩斯FLA優(yōu)質(zhì)跑車60%車身采用碳纖維符合材料不僅加強車身堅固性較鋁制車身減重100KG第九十一頁，共124頁。第九十二頁，共124頁。第九十三頁，共124頁。陶瓷材料

繼金屬、塑料之后發(fā)展起來的第3大類材料。發(fā)展只有20年左右，但具有優(yōu)良的力學(xué)性能（高強度、高硬度、耐腐蝕、耐磨損等）和化學(xué)性能（耐熱沖擊、耐氧化、蠕變等）。作為輕量化材料用于汽車零件，不僅直接起到輕量化的作用，更因其優(yōu)良的耐熱性、耐腐蝕性和耐磨性，用于汽車發(fā)動機燃燒室及熱交換器等零件，使功率提高，油耗大大下降，從節(jié)能角度看則間接地起到輕量化效果。蜂窩夾層材料是早已在飛機上采用的材料，其最大特點是剛性高、比強度高、密度低。目前應(yīng)用在汽車上的實例還不多，但應(yīng)用研究在不斷前進(jìn)，將來會較多地得到運用。第九十四頁，共124頁。臥鋪板蜂窩夾芯板菱鎂復(fù)合板陶瓷材料典型應(yīng)用案例面層和襯條采用五合板第九十五頁，共124頁。國外汽車制造業(yè)在做什么在巴黎舉行的全球最大規(guī)模的復(fù)合材料展覽會“JECCompositeShow”上，關(guān)于新材料在汽車用途方面，與CFRP（碳纖維強化樹脂）相關(guān)的展示明顯增加，意大利蘭博基尼（Lamborghini）、德國寶馬（BMW）以及英國邁凱輪（Mclaren）汽車都展出了CFRP材質(zhì)的車體。第九十六頁，共124頁。國外汽車制造業(yè)在做什么第九十七頁，共124頁。國外汽車制造業(yè)在做什么CFRP（碳纖維復(fù)合材料）與鋼板及鋁合金相比，雖可大幅減輕重量，但因為成本高，此前只被用在賽車及超級車上。日本正在開發(fā)可快速且低成本制造CFRP的技術(shù)，RTM（樹脂傳遞模塑）成型工藝，使成型品的成本降至以往的1/5～1/7。寶馬公司的“i3”與豐田的“雷克薩斯LFA”均積極導(dǎo)入了RTM工藝。另外，使用原來的預(yù)浸料也可在5～10分鐘內(nèi)成型的技術(shù)也已誕生。第九十八頁，共124頁。國外汽車制造業(yè)在做什么美國和德國是最重視環(huán)保和廢氣排放的，也是高分子工程塑料在汽車上應(yīng)用最多和研究最深入的國家。德國戴姆勒（Daimler）與德國巴斯夫公司（BASF）在法蘭克福車展（IAA2011）上展出了共同開發(fā)的概念車“SmartForvision”。車輪采用樹脂制造，與采用金屬制造相比，每個輪子的重量減輕了3kg。簧下質(zhì)量的減輕對于提高乘坐舒適性和（燃油經(jīng)濟性）有著重要的意義。第九十九頁，共124頁。國外汽車制造業(yè)在做什么第一百頁，共124頁。國外汽車制造業(yè)在做什么它的駕駛室骨架由CFRP（碳纖維強化樹脂）制造，基體（Matrix）是環(huán)氧樹脂。重量比鋼制減輕了一半。而且，座椅骨架為樹脂一體成形，采用了可集中加熱中間部分和腰部的座椅加熱器等，從而減輕了座椅的重量。通過加長玻璃纖維增強PA（聚酰胺）的強化纖維而增大了強度。強度和耐久性均達(dá)到了可應(yīng)用于量產(chǎn)車的水平。第一百零一頁，共124頁。國外汽車制造業(yè)在做什么奧迪汽車公司的AudiUrbanConcept電動微型概念車，它并不基于任何一款A(yù)udi現(xiàn)行產(chǎn)品的衍生車種，而是完全遵循著極度輕量化與低耗能的原則獨立開發(fā)而成，因此AudiUrbanConcept概念車的車體與座艙采CFRP碳纖維復(fù)合材質(zhì)打造而成，并將車室內(nèi)任何不必要的配備移除，以達(dá)到極度輕量化的目標(biāo)。第一百零二頁，共124頁。國外汽車制造業(yè)在做什么第一百零三頁，共124頁。國外汽車制造業(yè)在做什么德國ZF公司日前公布了該公司底盤部門開發(fā)的最新輕量化技術(shù)。具體介紹了通過把鋼制懸掛部件改為輕金屬或樹脂而實現(xiàn)的輕量化效果、以及目前正在開發(fā)的FRP（纖維強化樹脂）懸掛模塊等。第一百零四頁，共124頁。國外相關(guān)材料業(yè)界在做什么近年來，日本各大汽車廠商、材料生產(chǎn)商、相關(guān)研究機構(gòu)和汽車部件廠商每年都會在“東京國際汽車展”和“人與車科技博覽會”上，展示能夠大幅減輕重量的部件、新材料和新技術(shù)。今年則提出了改用樹脂和泡沫等材料，在維持剛性的同時削減多余厚度，通過改進(jìn)模具和思考新接合法節(jié)省現(xiàn)有部件的技術(shù)。第一百零五頁，共124頁。國外相關(guān)材料業(yè)界在做什么本田公司日前開發(fā)出了鋼和鋁的接合技術(shù)，將在全球首次應(yīng)用于量產(chǎn)車骨架部分，力求減輕車輛的重量，以提高燃效。接合鋼和鋁這兩種不同金屬的技術(shù)將用于車輛前部下側(cè)被稱為副車架的部分。在鋼上疊加鋁，移動在鋁的上面邊施加壓力邊旋轉(zhuǎn)的工具，在鋼和鋁之間形成穩(wěn)定的接合。能夠以與以往焊接同等以上的強度進(jìn)行接合，與鋼相比，可實現(xiàn)25％的輕量化。第一百零六頁，共124頁。國外相關(guān)材料業(yè)界在做什么第一百零七頁，共124頁。國外相關(guān)材料業(yè)界在做什么日本東麗開發(fā)出了在車輛骨架等部分采用碳纖維強化樹脂（CFRP）大幅減輕了車重的電動汽車（EV）概念車“TEEWAVEAR1”。TEEWAVEAR1概念車為可上路行駛的車輛配置，各部件在制造時非常注重實用化。該車共計采用了160kg的CFRP，由此將鋼板用量減輕了550kg，是“適合量產(chǎn)的為熱可塑性樹脂”，該公司的目標(biāo)是“在汽車設(shè)計領(lǐng)域掀起一場革命”。第一百零八頁，共124頁。國外相關(guān)材料業(yè)界在做什么東麗公司將碳纖維定位為“戰(zhàn)略性擴大業(yè)務(wù)”，汽車是最有望大量應(yīng)用這種材料的領(lǐng)域。計劃通過概念車擴大汽車廠商對碳纖維的應(yīng)用。

第一百零九頁，共124頁。國外相關(guān)材料業(yè)界在做什么豐田自動織機為豐田開發(fā)的混合動力車（HEV）“普銳斯α”掀背旅行車。開發(fā)的作為選配件的聚碳酸酯（PC）全景天窗。重約12kg，比玻璃天窗減輕了40%。第一百一十頁，共124頁。國外相關(guān)材料業(yè)界在做什么豐田鐵工在“人與車科技展2012”上展出了正在開發(fā)的輕量后保險杠加強件。該部件由樹脂和鋼板復(fù)合而成，目的是大幅減輕重量。使用鋼板的加強件重約5kg，而由樹脂及鋼板復(fù)合而成的加強件以3kg為目標(biāo)。第一百一十一頁，共124頁。國外相關(guān)材料業(yè)界在做什么卡羅拉掀背旅行轎車Fielder在豐田汽車中首次采用了樹脂后門，通過用樹脂制造外板，重量減輕了2.5kg。采用了與保險杠相同的材料—PP（聚丙烯），通過將飾板等一體化，削減了部件個數(shù)，比鋼制后門降低了成本。第一百一十二頁，共124頁。國外相關(guān)材料業(yè)界在做什么日本帝人公司開發(fā)出了采用熱可塑性樹脂，用1分鐘時間便可成型CFRP（碳纖維強化樹脂）車輛骨架部件的量產(chǎn)技術(shù)。用CFRP成型的車體骨架為輕型車尺寸，重量降低到了采用鋼板時的約1/5，即47kg，部件個數(shù)為20多個。確保了骨架所必需的碰撞安全性及剛性。由于車輛地板下部

確保了足夠的剛性，因而

省去了中柱。與美國通用

汽車公司簽署了合作開發(fā)

用于量產(chǎn)車部材產(chǎn)品協(xié)議。第一百一十三頁，共124頁。國外相關(guān)材料業(yè)界在