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摘要：隨著(zhù)能源枯竭，環(huán)境污染日趨嚴重化，給國際汽車(chē)工業(yè)變更面提出了新的挑戰。能源的枯竭帶動(dòng)了新能源的迅速發(fā)展，但是新能源發(fā)展給整車(chē)的重量提出了一個(gè)新的挑戰，一些新生材料的應用起到了關(guān)鍵性的作用。研究表明，一般汽車(chē)每減輕1kg的重量，1L的汽油可使汽車(chē)多行駛約1m。車(chē)身在整車(chē)中占約25%左右的重量，所以車(chē)身的材料對整車(chē)的重量減輕起著(zhù)關(guān)鍵性的作用。

關(guān)鍵詞：車(chē)身；輕量化；高強纖維復合材料

引言

本文主要針對可應用于車(chē)身的主要材料進(jìn)行性能、成型工藝、經(jīng)濟性等方面進(jìn)行比對，尋找出適合現代汽車(chē)工業(yè)發(fā)展方向的高性能材料。

1 車(chē)身材料的種類(lèi)

車(chē)身材料既要滿(mǎn)足車(chē)身設計、生產(chǎn)制造、裝配、維修維護方面的要求；還要滿(mǎn)足使用、安全、美觀(guān)等方面的要求。

1.1 傳統車(chē)身材料

現在市面上的傳統汽車(chē)大都還是鋼結構車(chē)身，占整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的80%，還有玻璃鋼，傳統塑料（材料為傳統的PE、ABS、EMA 等）。

1.2 新生車(chē)身材料

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新生材料被廣泛的應用到車(chē)身當中，包括鋁合金、碳纖維復合材料等為主。

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2 各種材料的發(fā)展史

鋼結構車(chē)身已經(jīng)有很悠久的歷史了，1915年福特生產(chǎn)了第一輛鋼結構車(chē)身。50年代-70年代出現鋁合金及塑料零件，但是僅是車(chē)身上的某個(gè)零部件，20世紀80年代，高強度鋼板開(kāi)始廣泛應用到車(chē)身覆蓋件上，從此一直延續到現在，而且在未來(lái)的10-20年，仍然被廣泛應用。

1962年，中科院長(cháng)春應用化學(xué)所成立“聚丙烯腈基碳纖維的研制”課題組，開(kāi)展大量的基礎研究，從此碳纖維材料這種新興的材料被大眾認知，進(jìn)幾年這種材料被廣泛的應用到航天、方程式賽車(chē)及高端車(chē)身上。隨著(zhù)科技的發(fā)展，材料的成本逐步下降，不久的將來(lái)將廣泛地應用到民用車(chē)身。

3 材料的特性比較

3.1 密度（重量）

從表1 可以看出，新興的材料比傳統的鋼材密度要低三到七倍，這對整車(chē)車(chē)身重量來(lái)說(shuō)是很大的優(yōu)勢，但是單純地從密度來(lái)看是不夠的，厚度也是起到?jīng)Q定性作用的，綜合考量，鋁鎂合金和塑料、高強度復合纖維材料都是替代傳統鋼材的主要材料。

3.2 抗拉強度

從表1 中可以分析出，碳纖維復合材料的抗拉強度遠遠超出其他的材料，優(yōu)勢很突出。與鋼材相比，碳纖維復合材料質(zhì)量是鋼材的一半，而在碰撞中對能量的吸收能力卻比鋼材高出4-5 倍。用碳纖維復合材料制造的汽車(chē)前部框架和保險杠骨架呈現塔狀的潰縮柱，通過(guò)材料、加工工藝、產(chǎn)品結構設計的結合，使得這種潰縮柱能夠在正面碰撞過(guò)程中破碎成無(wú)數細小的碎片，達到吸能的效果，保證了乘員的安全。

3.3 防腐蝕性

汽車(chē)上很多零件都需要承受汽油、機油、汽車(chē)傳動(dòng)液等化學(xué)制劑的腐蝕以及雨雪天高鹽、高堿、高溫嚴寒等環(huán)境的影響，所以要求材料必須具有抗腐蝕性。（1）鋼材抗腐蝕性一般，需要進(jìn)行特殊的防腐處理，難以保證在不同條件和環(huán)境下的一致性及使用壽命。（2）鋁合金及鋁鎂合金都是很好的抗腐蝕材料，但和鋼材具有相同的一致性和使用壽命的問(wèn)題。（3）玻璃鋼、塑料、碳纖維復合材料具有優(yōu)異的耐酸、耐堿好、耐鹽和有機溶劑性，是很優(yōu)良的耐腐蝕材料，其使用壽命也相對其他較長(cháng)。

3.4 經(jīng)濟性

（1）單純地從減少油耗來(lái)說(shuō)，新型材料都優(yōu)于傳統的鋼板。（2）制造成本來(lái)說(shuō)，由于鋼板和傳統工程塑料的發(fā)展悠久，所以鋼板、工程塑料的制造成本相對較低，而鋁合金和鋁鎂合金雖然沒(méi)有鋼板的歷史長(cháng)，但是加工工藝大部分可以借鑒傳統鋼板的沖壓工藝，所以制造成本相對可以接受，但是碳纖維復合材料發(fā)展時(shí)間相對較短，未能夠達到批量生產(chǎn)的技術(shù)，而且加工過(guò)程中工時(shí)相對較長(cháng)，所以它的成本是最高的。（3）單純的比較材料本身的成本，每噸的價(jià)格由低到高排列為：塑料-鋼板-玻璃鋼-鋁合金鋁鎂合金-碳纖維復合材料。

3.5 加工工藝

（1）鋼板：沖壓、滾壓，折彎等。（2）鋁合金和鋁鎂合金：沖壓、滾壓、擠壓等。（3）塑料：注塑、吸塑、吹塑等。（4）玻璃鋼：低壓成型工藝。（5）碳纖維復合材料：長(cháng)纖維纏繞法、碳氈短纖維模壓或噴射成型、石墨布疊層等方法。

3.6 安全性及舒適性

汽車(chē)的輕量化發(fā)展對車(chē)身的安全性提出了新的要求，有關(guān)數據分析可知，在相同的性能條件下，質(zhì)量越輕，安全系數反而下降，所以對材料的本身的性能要求更高了。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們對汽車(chē)的要求不在停留在使用上了，對舒適性也有很高的要求。體現舒適性的一個(gè)重要的指標就是振動(dòng)與噪聲，復合型材料，尤其是非金屬的復合型材料的吸音效果遠遠高于金屬材料。

4 各種材料的應用

（1）鋼材：車(chē)身骨架、白車(chē)身本體等結構件。（2）鋁合金及鋁鎂合金：缸體、缸蓋、輪輞、保險杠、散熱器、冷凝器等承受沖擊、振動(dòng)載荷和腐蝕條件下工作的零部件。（3）工程塑料：內飾件、外裝飾件、行李架及各種電器傳感器殼體等。（4）玻璃鋼：前后保險杠、頂棚等外裝飾件及客車(chē)車(chē)身等。（5）碳纖維復合材料：目前碳纖維在民用車(chē)上應用最廣泛的就是輪轂、剎車(chē)片、傳動(dòng)軸等，在跑車(chē)及方程式賽車(chē)上應用廣泛。

5 新材料發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題

（1）設計的創(chuàng )新：新材料之所以未能迅速的應用到車(chē)身上，一個(gè)主要原因是設計人員的設計創(chuàng )新思想。新的材料誕生，新的設計理念也應隨之迅速發(fā)展起來(lái)，才能帶動(dòng)整個(gè)汽車(chē)行業(yè)乃至這個(gè)工業(yè)有個(gè)飛速的發(fā)展。（2）經(jīng)濟性：雖然國家大力度鼓勵和支持新能源、新材料、新技術(shù)的發(fā)展，由于發(fā)展速度相對緩慢，無(wú)法實(shí)現新材料零部件的批量生產(chǎn)，造成單件比較高，難以全面普及。（3）規章制度：新的材料、新的能源、新型技術(shù)的發(fā)展，相應的國家標準也應該隨之迅速更新，這樣才能規范市場(chǎng)，合理利用這些新的資源。

6 結束語(yǔ)

隨著(zhù)科技及工業(yè)的迅速發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)的縷縷突破，除了文中介紹的幾種典型的材料，還有像陶瓷、粉末金屬等，通過(guò)設計的改進(jìn)，結構的創(chuàng )新，車(chē)身材料也可以多樣性。汽車(chē)機構輕量化設計需要開(kāi)發(fā)設計更合理的輕型車(chē)體結構和零部件，合適的材料用于合適的部位，并用最少的材料最低的成本來(lái)獲得最佳的結構性能，既經(jīng)濟又可靠。