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1、新材料在重型卡车轻量化中的应用作者：文/王庆国，王凯，赵飞，王莎莎来源：时代汽车 2016年第6期王庆国 王凯 赵飞 王莎莎陕西汽车控股集团有限公司 陕西省西安市 710200摘 要： 对载重汽车来说，减轻自身质量不仅降低油耗，还提高了有效载重量，从而提高 运输效率，降低运输成本。实现重卡轻量化是一个系统工程，是在保证强度和安全性的前提下， 使用新材料、结构优化、新技术等实现整体轻量化。本文从新材料的角度出发，提出重卡轻量 化在材料方面的应用方向。关键词：重卡；轻量化；新材料；应用研究随着用户对整车载货量提出了更高的要求，各大重卡整车厂开始将整车降重作为重点工作 目标，在重卡轻量化过程中，以铝
2、、塑代钢技术开始发展起来， 但进展缓慢，其重要原因是以 铝、塑代钢并不仅仅意味着材料的替换， 还意味着汽车的设计、加工、装配各个环节都必须进 行大幅度的更改变动， 因而风险很大。另外，顾客在车辆采购中的话语权越来越重要，重卡的 安全性越来越受到重视。所以，为了赢得市场，重卡轻量化任重道远。1 高强度钢铁材料应用在轻量化概念提出之前，钢以其卓越的性能占据重卡部件。基于法律法规及环境需求等因 素，相关车企在不断进行产品提档升级。重卡的轻量化，以高强钢为方向，在提高钢板强度保 证安全性的前提下，降低板材厚度来实现减重。目前，高强度钢在重卡上逐渐广泛使用，包括 首钢研发的重型矿车轻量化设计和先进高强钢
3、开发应用、北京航空航天大学开发的高强度轻量 化钢制半挂车厢、车架等，增加了构件的变形抗力，提高了能量吸收能力和扩大了弹性应变区， 应大力提倡在重卡上运用高强度钢。2 有色合金材料应用2.1 铝合金铝的密度约为钢的1/3，是应用最广泛的轻量化材料。变形铝合金指铝合金板带材、挤压 型材和锻造材，在重卡上主要用于车身面板、车身骨架、车轮和悬架系统零件等。铝基复合材 料密度低、比强度和比模量高、抗热疲劳性能好，但在重卡上的应用受到价格及生产质量控制 等方面的制约，还没有形成很大的规模。2.1.1 铝合金货箱目前，我国“轻量化”卡车研发和生产取得重大突破。像传统油罐车运营效益低、能耗高、易腐蚀且回收价值
4、低、安全性能差。轻量化油罐车采用高强度、高延伸率铝板，一次包罐成型 自重轻、安全性能好、油品运输质量有保障，能显著提升经济与社会效益。同时，厢式车、苍 栅车、半挂车等不同产品系列也广泛使用铝合金。2.1.2 铝合金油箱（见图一）随着工艺的不断进步，很多大货车开始配备铝合金油箱，铝合金油箱可以很好的防止油箱 内部产生污垢损坏燃油系统，外观上不需要喷漆涂装，银色外观简洁美观，不仅使生产工艺简 化了喷涂这一过程，同时银光闪闪的外表更容易让用户接受。相比铁质材料，铝合金材质本身 延伸性更好，碰撞时不易破裂。2.1.3 铝合金车轮（见图二）锻造铝合金车轮未来将成功引领商用车车辆轻量化发展趋势， 1 由于
5、铝合金突出的优点 重型货车轮毂也开始使用铸造铝合金材料。在国外，美国高速公路上90的运输车辆都是锻造 铝合金车轮，与普通轮毂相比，铸造铝合金轮毂具有散热性好，质量轻等一系列优点。经过多 年的推广，铝制车轮开始在国内运输车辆上得到应用，这将全面引领商用车车辆轻量化时代的 到来。2.1.4 铝合金鞍座（见图三）据了解采用铝合金材质的鞍座在满足载荷需求的条件下能减重40 多公斤，还运用了无润 滑油技术手段，适用于油罐车、散装运输挂车、多式联运、饮料及冷藏车运输。铝合金鞍座的 价格相比常规鞍座来说成本将要上升，价格要高出30% 左右，仍是推广阶段，并没有大面积的 使用。2.1.5 铝合金制动鼓（见图四
6、）在不同的载重，速度，温度，环境和高持久性的条件下，刹车系统使用的材料应该有稳定 和信赖的摩擦和抗磨性能。目前，重卡使用的制动系统多为鼓式制动器，制动鼓材质为灰铁， 因其材料的固有特性，常有鼓裂、破损现象，售后失效索赔较高。铝基复合材料和传统的灰铁 相比，有更低的密度和更高的导热率，可有效减少因制动过程产生的摩擦热量累积，同时具有 良好的耐疲劳性能和耐磨损性能，从而提高了机动车的行驶安全性。处于研发阶段。2.2 镁合金镁合金具有与铝合金相似的性能，但是镁的密度更低，是当前最理想、重量最轻的金属结 构材料。经过镁合金技术研究，突破了大型复杂镁合金铸件在汽车上集成应用的技术瓶颈，成 功开发了变速器
7、壳体、气缸盖罩、气缸盖前端盖、曲轴后端盖、转向盘等镁合金零部件， Neale 等人采用重量轻的镁金属制作电池壳箱，能够有效减少运载自重，以避免在行驶过程中消耗掉 不必要的能量。2 但其铸造性差，成本高，重卡行业用量极少。3 塑料和复合材料3.1 塑料材料重卡对外饰件中塑料制品的要求很高，在国内的各大重卡车品牌之中，欧曼是将塑料材料 应用于外饰件最早的汽车厂商之一。而其他重卡品牌在这方面的关注和应用相对滞后，直到随 着钢材、柴油等原材料本钱和使用材料本钱的不断进步，国家对超载的严查，以及用户对整车 载货量提出了更高的要求，各大中、重卡车整车厂开始将整车降重作为重点工作目标，才有效 改善了塑料材料
8、在重卡车外饰件的应用现状，进而使得塑料材料在重卡车外饰件的应用得到了 长足发展。3.2 复合材料3.2.1 玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料具有不可比拟的物理机械性能：制件不易变形，机械性能与热变形温度 较高，耐化学药品性优，且价格较低，制品外观质量上更佳等。玻璃纤维复合材料自问世以来， 主要用于汽车制造业。在美国，所有的卡车驾驶室都用复合材料制成，其中主要是玻璃纤维复 合材料。在国内，玻璃纤维复合材料在汽车领域也得到了广泛的应用。其应用场合包括：车身 表面覆盖件、结构与半结构部件以及发动机内部件等。3.2.2 碳纤维复合材料碳纤维复合材料，具有低密度、高强度、抗冲击、耐疲劳、耐腐蚀、耐高温、
9、可设计性好 及零部件一体化等性能优势，成功应用在汽车领域。车用碳纤维复合材料可用作汽车传动轴、 板簧、构架和刹车片等制件，能在减轻汽车重量的同时达到节能省源的效果。2012 年11 月6 日，我国首辆全碳纤维自卸车面世，开创了全碳纤维复合材料在国内重卡货箱上应用的先河。 33.2.3 玄武岩纤维玄武岩纤维是我国四大高性能纤维之一，是以纯天然火山岩为原料在1450C1500C熔 融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，是碳纤维的低价替代品，具有更高的 强度和弹性模量。用玄武岩粗纱制成的消音器、玄武岩织物制成的防火、隔热和隔音材料和其 它车辆内饰部件，在重卡行业中有着良好的应用前景。43
10、.3 其他轻量化材料3.3.1 橡胶材料、精细陶瓷材料橡胶材料在重卡上降重主要表现在真空胎和超宽胎上。真空胎取消了内胎组件，轮辋的结 构也相应减少。超宽胎具有低成本、自重轻、耐磨损和低油耗等优点，还可以提高行驶稳定性、 避免双轮胎的“吃胎”现象。精细陶瓷材料是汽车领域新兴材料，目前应用在重卡上的实例还不多，在制动材料方面， 将来会较多地得到运用。3.3.2 聚双环戊二烯聚双环戊二烯是一种新型热固性工程塑料，具有卓越的抗冲击性 、优异的耐化学腐蚀性、 耐候性、密度低等特性，是理想的轻量化材料，用作汽车零部件，如保险杠、缓冲板、仪表板、 挡泥板等，在重卡上推广阶段。4 结束语重卡作为汽车的一个种类，与我们生活关系密切，节能减排、绿色环保低碳生活的逐步树 立和深入人心，将会促进新材料在重卡上运用，实现重卡轻量化。但由于成本问题，很多新材 料很难突入到实际生产上，只能停留在实验室阶段。希望随着对新材料的不断研究和发现，新 材料在重卡行业的发展速度达到质的飞跃。作者简介王庆国： （1973.9），男，就职于陕西汽车控股有限公司技术中心，从事汽车新材料研 究与设计工作。
