車身輕量化的思路及途徑——輕量化製造工藝（完）

作者：北京現代汽車有限公司滄州分公司

慕溫周、楊人傑、羅艷路、張劍、呂順、朱珍厚（韓）

車身輕量化的思路及途徑——輕量化材料的應用（一）

車身輕量化的思路及途徑——輕量化結構設計（二）

車身輕量化的思路及途徑的第三個重要方法——輕量化製造工藝

在使用輕量化材料和優化結構設計後，往往需要革新製造工藝來滿足材料和結構的變化，如目前已廣泛應用的激光拼焊板、熱衝壓成形和液壓成形等工藝。

1. 激光拼焊板

激光拼焊板（TWB）可將不同材質、不同厚度、不同強度和不同表面鍍層的板坯拼合起來然後整體進行壓型。激光拼焊板工藝已在汽車領域應用成熟，用於製造車門內板、加強板、立柱、底板和輪罩等部件，大眾第 7 代Golf 車身的激光焊縫總長度甚至達到了 70 m。

激光拼焊板工藝通過減少製件數量、局部鋼板減薄及去除點焊凸緣來實現輕量化目的。車門內板邊緣因需加裝鉸鏈，需要在 0.8 mm 的主板基礎上應用 2 mm 厚的裁剪板來加強，因無需加裝額外的增強板故車門整體減重 1.4 kg。

2. 熱衝壓成形工藝

高強度鋼板由於屈服強度和抗拉強度的提高，衝壓成形性能下降，主要表現為成形缺陷多、所需成形力大以及回彈嚴重製件尺寸精度難以保證。如當強度超過1 000 MPa 以上時，對於一些幾何形狀比較複雜的零件，使用常規的冷衝壓工藝幾乎無法成形，所以高強度鋼的熱衝壓成形工藝應運而生。

熱衝壓成形工藝首先將高強度鋼板加熱至奧氏體化狀態，然後快速轉移到模具中進行衝壓成形，在保證一定壓力的情況下，製件在模具本體中以大於 27℃ /s 的冷卻速度進行淬火處理，保壓淬火一段時間，以獲得具有均勻馬氏體組織的超高強鋼零件。

3. 液壓成形工藝

液壓成形工藝一般有預成形、成形以及校準三個過程，可用於板材和管材成形。

板材液壓成形技術尤其適用於有深衝要求的複雜工件及較少凹槽的大型工件，如車身的結構件和外覆蓋件。在車門外板的液壓成形過程中，由於預成形使材料產生了期望的預應力，可以使車門等外板件在保持耐衝擊性不變的情況下減少壁厚，從而達到輕量化效果。

管材液壓成形是指管坯在內外部液體壓力作用下貼合內部的芯棒成形，該工藝可提高管件的內、外表面精度，也可用於兩個部件的連接。管材液壓成形的主要車身製件有發動機歧管、車頂支架、側門橫樑、散熱器支架和傳動軸零件等。

4. 鋁合金壓鑄新工藝

鋁合金的加工方法有鑄造、壓鑄、輥壓、擠壓和衝壓等。隨著鋁合金在車身上的應用日益廣泛，工程師們開發了一系列鋁合金壓鑄新工藝，如衝壓壓鑄法、針孔壓鑄法和無孔性壓鑄法等，其中無孔性壓鑄法最受歡迎，壓鑄時注入型腔的金屬液與氧氣發生反應，型腔內隨即形成真空狀態，從而實現無氣孔且可熱處理的高質量壓鑄件。目前用無孔性壓鑄法生產的鋁合金大量應用於車輪、進氣歧管以及動力轉向殼等部件上，由於應用鋁材且壁厚減小，輕量化效果顯著。

總結

隨著國家環保法規加嚴，在消費者對駕乘感受要求提高以及整車價格持續下探的壓力下，車身輕量化已成為眾多車企的重點發展方向，而實現車身輕量化主要有新材料應用、車身結構優化和生產工藝革新三方面途徑。

新材料應用方面基於目前技術條件和成本考慮，高強度鋼、鋁合金和工程塑料等已廣泛應用，鎂合金、碳纖維及其他複合材料目前大多處於研發階段；車身結構優化主要有布局優化、尺寸優化、形狀優化和拓撲優化四個方向；在輕量化車身設計時，可以細化到通道界面改進、傳力路徑優化、斷面優化、減重孔優化和修邊線優化等方面；新工藝革新方面，目前熱衝壓成形、激光拼焊板、鉚接、膠接以及液壓成形已經實現規模化量產應用。

總之，在滿足車輛安全性能要求及量產成本的考量下，實現車身輕量化需要綜合考慮新型材料和結構優化，而這往往需要革新生產工藝來實現。所以，綜合新材料、新結構和新工藝才能實現安全、低成本的輕量化車身。