车身轻量化与钢铝一体化结构技术分析

戴云鹏 姜慧波 覃毅良

（福建省汽车工业集团云度新能源汽车股份有限公司，莆田 351100）

车身轻量化与钢铝一体化结构技术分析

戴云鹏 姜慧波 覃毅良

（福建省汽车工业集团云度新能源汽车股份有限公司，莆田 351100）

随着人们汽车保有量的不断增加，对汽车的性能、质量、安全等也提出了更高要求。其中，车身轻量化、钢铝一体化结构是当前汽车发展的主要方向。基于此，本文主要对车身轻量化技术的发展现状以及钢铝一体化结构技术未来的发展进行分析和探讨，以期推动汽车工业的更大发展与进步。

车身轻量化 钢铝一体化 结构技术

引言

在当前汽车工业的发展中，对于环境污染的降低和资源能源的节约十分关注。其中，这些参数指标与汽车车身的重量有着直接联系。如果将汽车车身减重10%，能够节省6%到8%的油耗。因此，车身轻量化成为未来汽车的主要发展方向。而为了实现这一目的，可以对质量更轻、强度更高的材料进行应用，也可对车身结构进行轻量化的设计。其中，钢铝一体化结构技术是一项较为先进的技术，对于车身轻量化发展十分有帮助。

1 车身轻量化技术

1.1 新材料

在当前的汽车中，主要的材料包括玻璃、陶瓷、复合材料、铝、塑料、铸铁、钢等。在车身轻量化技术中，应采用新型材料实现车身重量的减轻。当前，很多汽车企业已经研制和应用了新型钢板，即增加钢板强度，降低钢板厚度。高强度新型钢的应用，能够有效降低振动、噪声，提升汽车的燃油效率和安全性，使汽车重量降低[1]。铝及其合金材料的重量要轻于钢60%左右，在碰撞中能够多吸收50%的能量，且不需要进行防锈处理，因而在车身轻量化技术中得到了更广泛的应用。

1.2 结构优化

在车身结构方面，空间框架式结构、无骨架式结构是主要的发展方向。目前，大多采用了铝挤压型材。采用车身空间框架式结构，并应用改进断面形式，使得车身重量降低了47%，车身抗扭抗弯能力也提升了13%。例如，在奥迪A8系列车型中，采用铝合金空间框架结构，极大降低了车身重量，同时提升了碰撞安全性。另外，可以通过减少零部件的数量来实现车身轻量化。在一些车型中，将数百个零部件减到100个以下，可实现30%左右的减重。同时，在减少零部件连接的同时，提升了车身的刚度。

1.3 制造工艺和成型技术

在当前的车身轻量化技术中，对使用的复合材料、塑料、镁铝合金的高强度轻型材料中，可采用半固态成型、液压成型、拼焊板成形等成型技术。在车身制造中，采用塑料中空成型技术、关键液压成型技术、内高压成型技术等车身制造工艺，能够优化车身的壁厚和断面，从而提升局部硬度、刚度、强度的同时，实现车身的轻量化[2]。同时，还具有良好的灵活性、成型自由性等特点。制造工艺和成型技术的不断发展，促进了车身表面平整化、车身构件大型化，降低了车身结构件数量，对于车身轻量化有着重要意义。

2 钢铝一体化结构技术

2.1 电化学腐蚀

在钢和铝之间，电化学效能不同，因此存在较大的电极电位。所以，在钢铝一体化连接中，很容易发生电化学腐蚀的情况，如应力腐蚀、晶间腐蚀、膏状腐蚀、丝状腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀等。如果采用铆接工艺，在钢铝一体化结构中将会造成更为严重的电化学腐蚀现象。

2.2 成型工艺技术

对于应用成型过程中存在的冲压件性能参数变化、残余应力等问题，可采用相应的技术进行处理[3]。现代汽车的零部件、仪表板装饰、轮圈、挡泥板、发动机罩、车门、发动机等部分，都广泛采用了铝。在铝及其合金材料自身的力学性能来看，车身制造中，其成型性能仍然存在一定的问题。对此，可以将铝合金板的成型温度提升，从而优化其成型性能。

2.3 钢铝连接技术

目前，车身主要承载构件都是空间薄壁梁结构。在钢铝一体化结构中，也采用了这种结构。在复合材料车身中，难以利用传统的点焊完成材料的连接，因此需要采用现代化的连接技术。在钢铝连接技术中，通常采用冷冲压成型工艺对车身覆盖件、骨架等进行加工制造。这种工艺具有很多方面的优势，如成本低、互换性好、效率高等。在车身连接中，主要采用有机械连接、粘接、焊接等。

在钢铝一体化车身结构中，有很多种焊接种类，如等离子电弧焊、搅拌摩擦焊、激光焊、电弧焊、电阻电焊等。粘结连接，在钢铝一体化结构中应用较为广泛。运用钢铝一体化技术，利用钢铝结合替换的位置，替换后车身的动态特性、刚度、强度等，都得到了较为良好的提升。例如，福特、本田、美洲豹等一些车型，都采用了这种连接技术。此外，在钢铝连接技术的运用过程中，应当注重对具有良好耐腐蚀性的钢板进行选择，要对各个标准件、紧固件等进行有效的防腐处理，更要采用科学的连接方式和涂装工艺。

2.4 轻量化车身技术

基于传统的车身骨架钢质结构，采用铝及合金材料制作组件或构件，根据性能模拟、优化设计等方式，对铝代钢和钢铝的比例加以确定，从而提高车身的力学强度，实现车身的轻量化[4]。对此，可以利用计算机进行CAE分析，明确车身整体性能中受到断面结构、连接方法、钢铝部位、钢铝比例等方面因素的影响。综合各方面的影响因素及条件，对最佳的方案进行确定。

3 结论

汽车是当前社会中一种十分重要的交通工具，是人们日常出行中的首要选择。随着汽车工业的发展和进步，越来越多的先进技术应用于汽车制造。为了提高汽车的整体性能与质量，车身轻量化和钢铝一体化结构技术发挥了重要作用。利用该技术能够有效降低车身重量，提升车身坚固性，降低燃油消耗。可见，通过运用新型材料和结构成型技术，对于现代汽车的发展产生了巨大的推动作用。

[1]钟长艺，余本善.钢铝一体化车身框架结构关键技术及最新进展[J].机械设计与制造，2012，（1）：251-253.

[2]胡群林，温秀海，陈晓锋.汽车车身轻量化发展方向探讨[J].成组技术与生产现代化，2014，（4）：38-45.

[3]龙江启，袁章平，符兴锋，周斯加.基于正面碰撞安全性的增程式纯电动汽车车身轻量化研究[J].汽车工程，2015，（4）：466-471.

[4]李奇，张勇，张成，周莎.灵敏度分析的客车车身模块重构与结构轻量化优化设计[J].华侨大学学报：自然科学版，2015，（4）：377-382.

The Technology Analysis of Light Weight and Steel Aluminum Integrated Structure

DAI Yunpeng, JIANG Huibo, TAN Yiliang
(Fujian automobile industry group, new energy vehicle Limited by Share Ltd, Putian 351100)

With the continuous increase in the amount of car ownership, the performance, quality and safety of the car also put forward higher requirements. Among them, the light weight of the body, steel and aluminum integrated structure is the main direction of the current development of the car. Based on this, this paper mainly analyzes and discusses the development status of lightweight technology and the future development of steel and aluminum integrated structure technology, in order to promote the development and progress of the automobile industry.

body weight, steel and aluminum integration, structural technology