日前，國(guó)家汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，召開(kāi)了國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃“汽車關(guān)鍵輕量化技術(shù)開(kāi)發(fā)與整車的集成應(yīng)用”項(xiàng)目推進(jìn)會(huì)。與會(huì)人士透露，目前，我國(guó)已基本突破車身輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)與評(píng)價(jià)方法、超高強(qiáng)度鋼零件沖壓熱成形技術(shù)、高強(qiáng)度鋼零件先進(jìn)成形技術(shù)、纖維增強(qiáng)塑料模塊化設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)、形變鋁合金零件開(kāi)發(fā)和以整車減重為目標(biāo)的多種輕量化技術(shù)集成應(yīng)用等汽車輕量化關(guān)鍵技術(shù)。
新型材料不斷涌現(xiàn)
國(guó)家汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)王智文認(rèn)為，汽車并不是車越重越安全。即使汽車上使用很輕的材料，如果采取高強(qiáng)度的加工工藝，也能達(dá)到彈性非常好的效果，也就越安全。近幾十年，汽車用鋼板越來(lái)越薄，鋼材強(qiáng)度和耐腐蝕性能也大幅增強(qiáng)。汽車的車身都是由不同強(qiáng)度的鋼板拼焊在一起的，不同強(qiáng)度等級(jí)的鋼板用于受力環(huán)境不同的位置。出于安全性考慮，一些受力條件比較苛刻，又不能使用粗厚鋼的位置（如防撞梁和一些加強(qiáng)部位）大都使用高強(qiáng)度的鋼材。但材料強(qiáng)度提高后，也帶來(lái)了一些問(wèn)題，主要就是加工難度變大。一般轎車都是采用沖壓的方法制造，即用模具擠壓材料成型。車用鋼板強(qiáng)度增強(qiáng)就對(duì)沖壓工藝提出了更高的要求，而且現(xiàn)在深沖部件很多，材料容易出現(xiàn)裂紋和折皺。為了避免上述情況發(fā)生，廠商都要研究沖壓時(shí)鋼板的變形情況以防止沖壓時(shí)鋼板發(fā)生撕裂。但鋼板強(qiáng)度越好越難沖壓的矛盾始終存在。
為了從根本上解決高強(qiáng)度鋼的沖壓?jiǎn)栴}，一種新型鋼材被應(yīng)用于汽車車身的生產(chǎn)。這種鋼材的基質(zhì)是比較柔軟、韌性好的鐵素體，其中鑲嵌了硬度好的馬氏體，在沖壓時(shí)比較容易成型，成型后又具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。因此，這種新型汽車用鋼將會(huì)使汽車更加安全。目前，車用鋼板的厚度已經(jīng)降到了0.6mm。分析師羅百輝表示，這可能已經(jīng)到了鋼板厚度的極限，鋼板再薄就算其自身強(qiáng)度再高，也失去了很多材料本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。現(xiàn)在車用鋼板受到新材料的挑戰(zhàn)越來(lái)越大。鐵的原子量決定了其密度無(wú)法改變，通過(guò)減薄來(lái)減重的道路似乎也走到了盡頭。
據(jù)了解，國(guó)家汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟正在與長(zhǎng)安汽車集團(tuán)合作，共同研發(fā)和推廣“以鋁代鋼”的引擎蓋。王智文介紹，這項(xiàng)研究是出于在發(fā)生事故時(shí)保護(hù)行人安全的考量。因?yàn)樵谝嫔w等部分應(yīng)用鋁合金可以減輕撞擊對(duì)人身造成的二次傷害。鋁板的重量雖然大約為鋼板的1/3，但其可吸收的碰撞能量卻是鋼板的兩倍。鋁合金在遭遇撞擊時(shí)的安全系數(shù)更高，因?yàn)槠洳馁|(zhì)有非常好的吸能作用。現(xiàn)在鋁合金正逐漸在高端車上被廣泛采用，全鋁的SUV已經(jīng)出現(xiàn)，用鋁做車頭結(jié)構(gòu)的高端車也正在被業(yè)內(nèi)所效仿。
對(duì)于一些鋼鐵企業(yè)而言，汽車用鋼占到目前產(chǎn)品銷量的1/3左右。為保證其汽車用鋼的市場(chǎng)，應(yīng)對(duì)新材料的沖擊，許多鋼鐵企業(yè)正積極和汽車企業(yè)合作開(kāi)發(fā)新一代輕量化高強(qiáng)度鋼，期望能夠與鋁合金、塑料、碳纖維復(fù)合材料相抗衡。
復(fù)合材料仍需時(shí)日
據(jù)美國(guó)化學(xué)工業(yè)學(xué)會(huì)的資料顯示，目前汽車塑料零部件的重量總和還不及汽車總重量的1/10，因此，可以擴(kuò)展應(yīng)用的空間還非常廣闊。復(fù)合材料唯一的缺點(diǎn)就是阻燃性差，但加入阻燃材料后能得到改善。近年來(lái)，為了提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，各車企紛紛研發(fā)并上馬采用了輕量化設(shè)計(jì)的車型。寶馬將于今年秋季量產(chǎn)BMWi3純電動(dòng)汽車，這款汽車的最大特點(diǎn)是，外殼材料為塑料、底盤(pán)材料為鋁合金，與傳統(tǒng)同類車型相比，實(shí)現(xiàn)減重250千克～350千克。
本土車企中，長(zhǎng)城汽車股份有限公司和奇瑞汽車股份有限公司是在這一研究領(lǐng)域走得最遠(yuǎn)的兩家車企。奇瑞的A3CC雙門(mén)跑車前翼子板采用Noryl GTX樹(shù)脂制成。在2012年北京車展上，長(zhǎng)城展出的哈弗E概念車的7個(gè)車窗組件，均采用拜耳模克隆聚碳酸酯制成，并配有大尺寸全景天窗。這是我國(guó)本土汽車制造商首次如此大范圍應(yīng)用聚碳酸酯車窗。此外，除了家轎市場(chǎng)，卡車的輕量化也早已被提上議程。北汽福田已將其中型和重型卡車的保險(xiǎn)杠從鋼材改為塑料材質(zhì)，并在部分汽車零部件中啟用了玻纖增強(qiáng)塑料，還把部分鋼制發(fā)動(dòng)機(jī)部件也更換為塑料部件。
但是，盡管目前國(guó)外整車企業(yè)在輕量化上已經(jīng)日趨成熟，而我國(guó)本土車企還處于學(xué)習(xí)或者是追趕的階段。“這是因?yàn)閲?guó)內(nèi)復(fù)合材料工業(yè)還比較落后，尤其是高端材料完全被國(guó)外的一些化學(xué)廠商所壟斷控制，他們掌握材料的設(shè)計(jì)技術(shù)、分析技術(shù)和零部件的設(shè)計(jì)技術(shù)。由于高端材料例如高強(qiáng)度碳纖維材料，長(zhǎng)期被國(guó)外技術(shù)壟斷導(dǎo)致產(chǎn)品成本居高不下，一些企業(yè)只能放棄高端材料在汽車上的使用。”中國(guó)不飽和聚酯樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)趙鴻漢說(shuō)。
在不久前舉行的第二屆國(guó)際汽車輕量化創(chuàng)新材料與成型技術(shù)應(yīng)用高峰論壇的間隙，海源機(jī)械高級(jí)工程師蔣鼎豐也曾經(jīng)向媒體表示，其公司正在調(diào)研碳纖維汽車零部件整套裝備市場(chǎng)。“該裝備正式上市的時(shí)間還說(shuō)不準(zhǔn)，我們?cè)诩夹g(shù)上還需要做一些投入，還要找到市場(chǎng)的切入點(diǎn)，個(gè)人估計(jì)在2017、2018年出來(lái)。”他稱，世界上暫時(shí)還很少有企業(yè)能夠大批量生產(chǎn)碳纖維汽車零部件裝備，“寶馬也是剛剛開(kāi)發(fā)”。此外，他表示，只有碳纖維材料能夠?qū)⑵囍亓繙p輕50%～60%，而目前的材料只能將汽車重量減輕25%左右。