关键词：汽车结构；轻量化设计；优势
引言：城市规模的不断扩大，为汽车的需求提供了机遇。当前，能源以及环境问题，成为了制约社会发展的关键因素。因此，为了更妥善的解决能源问题，改善环境质量，在汽车结构设计中融入轻量化设计，必须要引起众多汽车制造企业的关注，同时下大力气对轻量化设计的应用进行探究，以提升汽车结构的刚度为出发点，尽可能对汽车结构实施轻量化设计，对推动汽车制造业的发展可起到十分重要的作用。
一、轻量化设计存在的优势
在汽车结构设计过程中，轻量化设计在其中的重要性越加显著，其存在的优势也十分明显，下面将对轻量化设计存在的优势进行叙述。
1、有助于 优化汽车结构设计
在设计汽车结构时，设计人员可使用夹芯板来提升汽车结构自身的强度，不仅有助于降低原材料的浪费率，而且汽车自身重量也可实现减轻。
2、 有助于优化零部件设计
轻量化设计的应用，可使汽车结构当中的零部件得到高度集成，集成化的零部件在重量方面可以得到明显降低。另外，零部件通过集成设计与制造，其强度、耐腐蚀性也会明显加强，有助于降低汽车使用的故障率。
3、有助于 优化连接方式
轻量化设计的应用，可以使汽车结构中零部件的连接方式得到优化、并且随着高科技材料使用量的增加，零部件的连接不仅更加可靠，汽车结构自重也会明显降低。
二、汽车结构设计中 轻量化设计的应用
在轻量化设计中，轻量化材料以及轻量化技术的应用是其中的两大组成部分，下面将对此进行论述。
1、汽车结构设计中 轻量化材料的应用
1.1 轻量化设计中高强度钢的应用
毫无疑问，钢材料在汽车结构中的占比最多，所以降低钢材料在汽车结构中的应用，无疑可显著降低汽车本体的自重。通常来说，可通过以下途径，对钢材料实施轻量化设计。
1.1.1 加碳强化
钢的强度与其中碳含量的不同存在一定差异，所以为了控制钢的强度，可通过改变碳在钢材中的占比来实现。因此，在轻量化设计中，可提升珠光体在钢材料中的占比，降低铁元素的含量，以此来使钢材料的强度获得提升。
1.1.2 合金强化
将各类合金融合到钢中也能使钢强度得到极大的提高， 并且合金元素不同，钢性能也不相同。因此，在钢中添加种 类不同的合金可以扩展钢的使用范围。
1.1.3 固溶强化
在钢中融入锰元素、硅元素或磷元素等也能够有效提升 钢的强度，这也是一种提高钢性能的有效方法。
1.1.4 热处理强化
通过温度的变化可以使得金属的物理结构有很大的改 变，在冷热交替的条件下，能够提升钢强度。此外，经过热 处理也能够使得钢中碳元素以及其它元素百分比有所改变， 进而钢内部结构就会出现许多层各种性质的结构。
1.1.5 应力强化
在钢受到相应的拉力作用以后，极有可能极大的提升其 屈服强度。这是由于钢材料在相应的应力作用后，其表面会 有残存应力，残存的应力能够使得钢在使用过程中所受的扭 转和弯曲应力得以抵消，进而提升钢的性能。
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1.2 轻量化设计中球墨铸铁的应用
相同体积的球墨铸铁比钢的重量低，大概为钢重的 90%， 所以在进行汽车结构设计过程中，应用球墨铸铁取代钢材料 能够极大的减轻汽车车身的重量。现阶段，全球范围内的汽 车企业以及相应的研发部门都在进行实验，以求球墨铸铁可 以全面取代钢材料在汽车制造中的应用。此外，球墨铸铁还 具有使许多零件集成为一个零件的特点。
1.3 轻量化设计中铝及铝合金的应用
通过适当比例的铝及铝合金来替换钢材料也可以在减轻 汽车车身的重量，由于铝及铝合金性能比钢差得多，所以应 用也较为困难。当前，为了使得铝及铝合金能够在汽车制造 中得到广泛的应用，相关人员纷纷开始铝材料的研究：第一， 对大型铝材和汽车车身的研究；第二，对铝材料在汽车车门 替代钢的研究；第三，汽车零件的铝化研究。如果用铝及铝 合金全面替代钢材料，就能够让汽车减重 30%-40%。不过铝 及铝合金材料的应用还不够成熟，必须要积极研发才能够全 面替代钢材料。
1.4 轻量化设计中镁及镁合金的应用
就金属化学性质而言，镁具有极小的密度，是当下重量 最小的金属，比钢的强度大，且还易于加工、具有较强的抗 腐蚀能力以及减振能力。由此可见，镁无疑是最好的汽车制 造的轻量化材料。不仅如此，镁合金的熔点和密度都极低， 在进行融化时极大的降低了能耗，适用于复杂的加工。用镁 合金取代铝、钢等材料是极其有利的，能够极大的降低车重， 同时还能够提升车体的强度。另外，镁合金的回收也比较方 便，镁和镁合金必将成为极其重要的汽车生产加工材料。
1.5 轻量化设计中钛合金的应用
受其物理性质的影响，钛是比较稀缺的金属，其熔点高 达 1600℃，因此钛被当做耐热材料使用。另外，钛的机械性 能较好，具有极强的抗腐蚀能力，所以在许多工程中有着广 泛的应用。通过钛合金生产加工而成的汽车零部件具有重量 小、减振性能优良和使用寿命长的特点。起始阶段，钛合金 仅仅应用在赛车部件上，能够提升赛车的性能。随着技术的 进步，钛研发技术愈加纯熟，开始广泛应用在车门、消音器 和相应的装饰部件上。 当然，由于钛的提炼极难，只能在部 分零件上使用钛合金不能全面应用于汽车制造上。
2、汽车结构设计中 轻量化技术的应用
2.1 结构设计
在汽车结构轻量化设计过程中，必须要借助先进的设计 技术和工程结构，这是实现汽车轻量化的重要路径之一。例 如将夹层钢板应用于汽车结构内，可以节省材料，节约能源。 镁铝合金以及高强度钢材料是汽车夹层钢板外层结构的主要 材料，并且夹层采用网楞型的钢板，不但有极轻的重量，并 且能够很好的隔音。
2.2 零件集成
要想实现汽车强度及性能都不降低的同时减轻车身重 量，应用零件集成也不失为一种好方法。将许多比较容易成 型且易加工的材料集成为一体，能够使汽车车身重量得到极 大的降低，同时也简化了汽车零件的加工步骤，减少成本的 投入。许多塑料材料以及铸件都具备易成型、易加工的特性。 比如借助于拼焊板技术使具备各种性能的钢板拼接于一体， 能够提升其强度，而且具有较强的抗腐蚀性，此外还可以减 少零件数量以及加工步骤，降低成本投入。
2.3 改进连接方式
一般许多零部件集成为一体也是一种连接改进方法，借 助于对零部件连接方式的改进也可以减轻车重，实现汽车结 构的轻量化。
由此可见，随着我国汽车制造产业市场竞争的不断加剧，汽车制造企业为了使汽车商品更具市场竞争力，必须要加大对轻量化设计的关注力度，通过对汽车结构实施轻量化设计，在保证汽车结构刚度为前提，可使汽车的自重以及燃油的消耗得到明显降低，对提升汽车制造企业的经济效益以及实现我国要求的节能减排目标均有着十分关键的意义。
参考文献
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论文作者:王均
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/28
标签：汽车论文; 轻量化论文; 结构论文; 结构设计论文; 强度论文; 钢材论文; 材料论文; 《科学与技术》2019年第22期论文;