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金属加工技术

一文了解汽车轻量化与碳纤维对汽车轻量化的优点

转载 :  ytvip03.com   2019年06月25日


        汽车轻量化正如其名,就是减轻汽车体重。作为汽车轻量化的好处,能举出与燃料费的削减相连的事。燃油费成为汽车最重要的费用,不过,要提高燃油费效率只有开发高性能引擎还是减轻车身重量。高性能发动机的开发需要数十年的跨度技术开发和革新,轻量化有马上能实行的材料。如果100kg的轻量化成功的话,每升汽油就能减少1km的燃费,据说每辆汽车行驶1km就能削减15克的二氧化碳排放量。

 


        二氧化碳排放限制今后将更加严格,削减二氧化碳排放量对于各汽车厂商来说是当务之急。同时,现在话题的电动汽车,续航距离比汽油车短成为一个话题,为了电动汽车普及汽车轻量化也不可缺少。汽车的轻量化,从框架,外板,内部装修到前挡风玻璃,所有部分都持续着减轻的尝试。特别是碳纤维对汽车的轻量化有着最大的贡献,因而成为被使用的材料。


汽车轻量化的素材


        汽车的大部分使用钢铁。因为钢铁可以大量生产,所以价格便宜,因为有强度,所以满足安全性是很大的好处。可是,钢铁沉重,对燃料费很贵这样的大的缺点。代替钢铁用于汽车轻量化的材料有铝、碳精棒、碳纤维等。铝、镁、钛等非铁金属材料代替钢铁作为汽车材料被使用,特别是铝被广泛用于发动机部件、框架、外板。
        CFRP(碳纤维增强塑料)和纤维素纳米纤维等的树脂素材,今后对汽车的轻量化也有很大的贡献。同时,钢铁的技术改良也前进着,高张力钢板「hss」作为对轻量化贡献的钢铁被车身部分采用。作为钢铁的替代材料被期待的这些素材一律比钢铁轻,不过,材料价格比钢铁高(贵)的事成为缺点。此次关注的汽车轻量化关联品种,经营钢铁的代替材料·素材的材料制造厂成为中心。


碳纤维汽车轻量化优点


        CFRP(碳纤维增强塑料)制品,被发动机盖和后轮,螺旋桨轴等采用。碳纤维及其复合材料具有量轻、刚性大、易加工成形、抗冲击能力强、耐久性好、舒适性好等优点,应用于汽车中,是降低油耗、减少排放、提高新能源汽车续航里程最有效的途径之一。


轻量化


        碳纤维应用于汽车后,给汽车制造带来最明显的好处就是汽车轻量化,最直接影响的就是节能、加速、制动性能的提升。一般而言,车重减小10%,油耗降低6%~8%,排放降低5~6%,0-100km/h加速性提升8-10%,制动距离缩短2~7m。
        举个例子,在全新BMW 7系的车体框架中,碳纤维增强复合材料被用于加固车顶横梁结构以及B柱和C柱、底部侧围、中央通道和后部支撑。相比上一代车型,全新BMW 7系最大减重达130kg,成为大型豪华汽车市场智能轻量化结构的领导者。
        再比如,BMWi3大量使用碳纤维材料制造车身,上市车型比原来的设计减轻了300kg,i3车型得到市场认可,也验证低成本快速成型碳纤维车身量产制造技术的可行性和经济性。


 

安全性


        车身轻量化可以使整车的重心下移,提升了汽车操纵稳定性,车辆的运行将更加安全、稳定。碳纤维复合材料具有极佳的能量吸收率,碰撞吸能能力是钢的六到七倍、铝的三到四倍,这进一步保证了汽车的安全性。


舒适度


        碳纤维复合材料具有更高的震动阻尼,轻合金需要9秒才能停止震动,碳纤维复合材料2秒就能停止,故碳纤维应用在汽车上,对于整车NVH(噪声、振动与声振粗糙度)的提升贡献同样很大,会大幅增强汽车行驶的舒适性。


可靠性


        碳纤维复合材料具有更高的疲劳强度,钢和铝的疲劳强度是抗拉强度的30-50%,而碳纤维复合材料可达70-80%,因此汽车上应用碳纤维复合材料对于材料疲劳可靠性有较大提升。

 

提升车身开发水平


        由于碳纤维复合材料可设计性比金属强,因此更易于车身开发的平台化、模块化、集成化。这样碳纤维车身及金属平台的混合车身结构对于传统汽车车身结构而言,可以做到模块化、集成化,大大减少零件种类,减少工装投入,缩短开发周期。尤其对于新入新能源汽车企业,应用碳纤维车身不仅可以节约冲压、焊装生产线及模、夹具的投入,减轻固定资产占资配比,优化企业资产配置结构,而且在企业的市场宣传上更具影响力。综观奔驰、宝马、奥迪等高端品牌车企在产品线中对碳纤维复合材料的应用布局,我们可以预见,碳纤维复合材料在汽车上的应用必然成为发展方向。


结语——轻量化带来的东西


        新构造材料等技术开发项目已经开始。碳纤维复合材料(CFRP),高强度、高延性、不燃性、耐腐蚀性、耐冲击性等。轻量化素材,并使用这些轻量化素材。目标是将来实现运输机器重量减半。多元素材化的车辆素材。在运输机器方面,不管那是什么,轻量化是不容忽视的,是应该追求的项目。向轻量化材料的转移是最先进的当然是飞机,于CFRP的大量采用等进一步的轻量化。

标签:汽车轻量化 炭纤维 我要反馈 
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