車身設計包含了如下所示的七大要素 - 安全、耐久、 NVH战凿、功能、工藝铐跷、成本及重量。其中肄朵，安全涧兜、NVH、耐久代表了車身性能表現(xiàn)贰漱；車身設計質量的評價標準取決于這七大要素之間的平衡程度筹飒。用最小的成本继蚪、重量和工藝投入換來最優(yōu)的安全性、NVH表現(xiàn)葡债、耐久性并實現(xiàn)相應的車身功能杨朴。

由此可見，車身輕量化設計并不是單純的車身減重蓝垢，而是和車身性能設計緊密聯(lián)系在一起的一個系統(tǒng)的平衡設計挑乓。

汽車輕量化技術是結構設計、材料漆枚、工藝的集成應用创译，主要途徑有：

（1）優(yōu)化設計（如先進的框架結構車身設計）

（2）高強度的結構材料（如高強度鋁合金）

（3）先進的制造工藝（如板材/管材液壓成形技術）其中輕量化材料及其連接技術是關鍵問題。

本文針對目前輕量化材料及連接技術做簡單分析墙基，供汽車輕量化技術工作者參考软族。

1  輕量化材料

車身上應用的不斷擴大的高強、輕質材料主要為高強度鋼與超高強度鋼残制、鋁合金立砸、鎂合金工程塑料以及復合材料等。

高強度鋼

高強度鋼主要應用在車上內外板以及車上結構件初茶，同時高強度鋼可以有效提升車身被動安全性颗祝。先進高強度鋼在汽車超輕鋼車身、先進概念車上應用纺蛆，在減重吐葵、節(jié)能、提高安全性桥氏、降低排放發(fā)面應用前景良好温峭。雖然在成型中面臨回彈等問題挑戰(zhàn)，但相比于其他替代材料蛆器，高強度鋼還是性價比最好芍惦、最具吸引力的材料。

2018 歐洲車身會議參展車型包含了卡車和植、皮卡固鹏、越野車等非常規(guī)車型，在材料應用方面铅夷，大多數(shù)車型車身采用鋼材鹰个，斯堪尼亞的 NTG 卡車、鈴木雨燕為全鋼車身场暮，通用 GMC 的皮卡骏拱、吉普牧馬人為鋼鋁混合車身（四門兩蓋為鋁），捷豹為全鋁車身迁枪。

表 1 2018 歐洲車身會議參展車型的用鋼量

鋁合金

鋁合金已成為僅次于鋼材的汽車用金屬材料难圣，能夠為汽車提供各種鋁合金鑄件缭慈、沖壓結構件和擠壓的鋁型材娜亿。與汽車鋼板相比候生，鋁合金具有密度腥信荨（2.7g/cm3）厅肩、比強度高丑婿、耐銹蝕技腻、熱穩(wěn)定性好框舔、易成形书斜、可回收再生擂煞、技術成熟等優(yōu)點混弥，但也存在延伸率低、成型難度大对省、制備工藝復雜蝗拿、焊接性能差、成本相對較高等缺點蒿涎。目前哀托，較多使用鋁合金的車型往往是中高檔的汽車。

用于汽車車身的鋁合金板材有：Al-Mg（5000 系）和 AlMg-Si（6000 系）劳秋。

鎂合金

目前鎂合金在車身上主要集中在方向盤骨架仓手。儀表盤骨架、座椅骨架等零部件上玻淑，在白車身結構件上還沒有量產(chǎn)應用董纺。目前僅有克萊斯勒某車型上做過嘗試。

復合材料

汽車工業(yè)復合材料技術首先應用于保險杠宫氛，而后用與生產(chǎn)變截面彈簧鋼板以代替鋼板吆律，之后又用與生產(chǎn)四門兩蓋。1990年福特间渐、克萊斯勒相繼開發(fā)出復合材料妈务。

復合材料具有許多金屬材料無法比擬的優(yōu)點，目前东哀，汽車輕量化發(fā)展需求迫切钓宗，從成本性能發(fā)展綜合考慮，可用于車身結構件的復合材料以樹脂基碳纖維增強復合材料為首選尘斧」挂龋可以應用于發(fā)動機艙罩蓋、翼子板派男、車頂憾擒、行李箱、門板、底盤燈結構件中七冲。

隨著車用復合材料技術的發(fā)展，現(xiàn)已廣發(fā)的應用在跑車规婆、豪華車上澜躺，于鋁合金構件比，復合材料可以減重50%左右抒蚜，不過掘鄙，目前存在成本高、成型周期長等缺點嗡髓。

2. 連接技術

目前汽車連接方式有焊接操漠、鉚接、螺接和膠接等饿这，由于鋁合金浊伙、高強鋼、復合材料等輕量化材料的使用长捧，傳統(tǒng)的焊接不再適用嚣鄙，需要新的連接方式。汽車科技人員開發(fā)了不同的連接工藝秩纹，如表所示幔时。

不同材料之間的連接方式

從表 可見，鋼和鋼之間的連接可用傳統(tǒng)的電阻電焊园撵、激光電焊等茉油，使用無鉚釘鉚接（Clinching）、鎖鉚（SPR）和熱熔鉆（FDS）技術可實現(xiàn)鋼鋁的連接石沸，攪拌摩擦焊是鋁材之間較好連接方式桨农。

（1）無鉚釘鉚接和鎖鉚

無鉚釘鉚接（Clinching）和鎖鉚（Self-piercing riveting，SPR）是目前汽車車身制造中應用最為廣泛的兩種機械連接工藝归鲸。

無鉚釘連接工藝的原理：即通過使用專門的連接模具蝉蛙，在一個沖壓過程中，利用材料自身的可塑性定桃，在擠壓處形成一個相互鑲嵌的圓點或者矩形點傅笨，由此將兩層或多層板件連接起來。無鉚釘鉚接接頭的強度主要通過板材間的嵌入量及上層板在接頭頸部的厚度共同決定何别，而這些幾何特征又與沖頭和下模的幾何形貌有關篮啦。

無鉚釘鉚接過程

無鉚釘鉚接工藝因其工藝過程簡單且成本低，在汽車車身中得到廣泛應用挥萌。但因其靜態(tài)強度和疲勞強度都較低绰姻，通常只應用于行李箱蓋、發(fā)動機罩引瀑、后輪罩等非承載部位狂芋。

鎖鉚連接是鎖鉚鉚釘在外力的作用下榨馁，通過穿透第一層材料和中間層材料，并在底層材料中進行流動和延展帜矾，形成一個相互鑲嵌的塑性變形的鉚釘連接過程翼虫。與無釘鉚接相比，鎖鉚接頭具有良好的靜態(tài)力學性能和較高的疲勞壽命屡萤，已經(jīng)被通用珍剑、奧迪、寶馬死陆、捷豹招拙、奔馳和大眾等公司廣泛應用于鋁/鋼等異質材料以及多層板的連接。

鎖鉚鉚接過程

（2）流動鉆鉚

FDS 技術通常稱為流鉆螺釘或熱融自攻釘技術措译，該連接技術是將帶有螺紋的螺釘高速旋轉刺穿板材别凤，并通過形成螺紋聯(lián)接實現(xiàn)板材連接的一種技術，適應于板材與型材等管狀封閉結構的連接误即。

目前薇兆，凱迪拉克 CT6、捷豹路虎捅腋、寶馬肯矾、奔馳、奧迪等車型采用了大量 FDS 技術绊寞。未來界赦，隨著鑄鋁件在白車身上的比重提高，F(xiàn)DS 技術在國內汽車行業(yè)會得到更大的發(fā)展条赚。

FDS 工藝過程示意圖

（3）攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊（Friction stir welding）是一種新型固相焊技術焰箩，是由英國焊接研究所（TWI）在 1991 年發(fā)明的一項最具革命性的新型材料連接方式，其焊接原理是：開始焊接時递思，攪拌針高速旋轉著插入到被焊工件內部影晋，直到軸肩下壓到被焊工件內，焊接過程中毕删，通過高速旋轉的攪拌頭和工件摩擦產(chǎn)生熱量作為熱源镜会，使母材處于熱塑性狀態(tài)（未熔化），并被擠壓在一起终抽，隨著熱量的降低形成新的連接戳表。

攪拌摩擦焊焊接溫度低，變形小昼伴，沒有電弧匾旭，無輻射，是一種綠色環(huán)保的焊接技術〖劾裕可用于汽車鋁合金輪轂女蜈、底盤、門板飒泻、動力電池托盤鞭光、電池箱體、電機殼等部件泞遗。

攪拌摩擦焊原理圖

（4）CMT焊接（冷金屬過渡焊接）

冷金屬過度焊接技術（Cold Metal Transfer，CMT）是一種全新的 MIG/MAG 焊接工藝[11]席覆，將焊絲的運動與焊接過程結合起來史辙，嚴格控制熔滴過渡中的輸入電流，大幅度降低了焊接熱輸入袄优，可以應用于鋼和鋁之間的連接鹏愚。

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