輕型汽車燃油尿素箱模塊輕量化技術研究

王亞美 何赟 趙莉莉 張智瑞

摘 要：在當今時代，輕量化技術已經(jīng)成為各個汽車企業(yè)提升市場競爭力的一大關鍵因素，為此各大廠家紛紛投身至輕量化技術的研究之中。輕量化技術的應用能夠有效提升汽車的性能，提高系統(tǒng)的智能化，進而對機械設備進行操控，推動汽車廠工業(yè)的發(fā)展，讓汽車廠工業(yè)實現(xiàn)性能的優(yōu)化升級，促進智能化的發(fā)展，順應未來的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：輕量化;燃油箱;尿素箱;改性PA6;注塑工藝

引言

為了降低汽車油耗，減少環(huán)境惡化，節(jié)約能源，增強汽車性能，在汽車制造工業(yè)中應用輕量化技術意義重大，因此采用輕量化材料勢在必行。板式液壓成形是指以高壓液體為傳力介質，代替剛性的凹模或凸模，使坯料在傳力介質的壓力作用下貼合凸?；虬寄３尚蔚囊环N柔性制造工藝。該工藝在鋁合金等輕金屬板材成形方面具有獨特的技術優(yōu)勢：①提升成形極限;②表面與柔性介質接觸，成形的零件表面質量高。

1汽車輕量化技術概述

汽車輕量化在世界汽車產(chǎn)業(yè)中有一個普遍的定義，它具體指的是在明確汽車使用要求、駕駛安全、成本控制的情況下，采用輕量化技術實現(xiàn)材料以及制造工藝的整合，進而促進整個車身實現(xiàn)輕量化。在進行汽車輕量化的過程中，需要對整體進行控制，及時制定汽車的成本控制目標，對汽車的整體安全性進行調節(jié)控制。汽車的輕量化技術不單單指的是降低汽車的質量，它是一個綜合性的內容，它關系到了汽車整體的安全性能，為此我們需要考慮汽車產(chǎn)品經(jīng)濟的合理性，保障消費者可以接受的價格范疇，依據(jù)消費者的心理特征，做好下一步的決定。輕量化的作用主要分為三種形式：第一，部分汽車的功能已經(jīng)滿足了大眾的需求，為此需要對輕量化技術進行改革，促進汽車自身的質量;第二，有些汽車本身具有一定的功能，這些并不足以滿足客戶的需求，那么就需要進行輕量化設計，進一步改進輕量化的技術;第三，就是通過改善汽車的性能，促使汽車實現(xiàn)減重，主要目的是為了提高性能，降低質量，優(yōu)化結構以及價格，促使這一部分的內容盡量滿足需求。

2結構設計的輕量化技術應用

結構輕量化技術需對汽車總體結構進行分析和優(yōu)化，從而實現(xiàn)汽車零部件的輕量化和整體化?，F(xiàn)有技術中，燃油箱和尿素箱是兩個獨立箱體，通過與之匹配的支架與車架連接在一起。近年來，有企業(yè)開始研究將燃油箱及尿素箱兩個獨立單元通過外圍結構的內嵌等方式結合在一起，外觀看似一個整體，實際還是兩個獨立箱體，以這樣的方式來降低系統(tǒng)的重量，有部分成效，但減重效果不明顯。如何才能真正實現(xiàn)一體兩腔既能保證燃油箱和尿素箱各自的性能指標，同時又能保證兩者之間的阻隔性和阻熱性。為達到上述目的，本文提出了燃油尿素箱模塊設計思路，箱體外觀、內部結構分別。燃油尿素箱模塊由上殼（1）、下殼（2）通過熱板焊接而成，燃油箱和尿素箱的分隔板（4）設計有一定的拔模斜度，從頂?shù)降撞恐饾u加厚，提高分隔板的牢固性和穩(wěn)定性。燃油箱內部設置左右防浪涌隔板（5），減緩燃油液面起伏變化對分隔板的振動沖擊，有效避免左右腔室液體產(chǎn)生共振。殼體內表面形成用于設置分隔板（4）和防浪涌隔板（5）的卡槽（6），分別注塑分隔板和防浪涌隔板，并將分隔板和防浪涌隔板通過卡槽固定于殼體的一半中，再通過熱板焊接將上下殼焊接為一體。為增加模塊整體強度，在箱體內部設置有小支撐（7）和大支撐（8），使其對箱體內部的分隔板、左右防浪涌隔板起到整體連接加強的作用。在滿足使用功能的前提下，借助結構的變化，大大降低系統(tǒng)總質量。

3材料的輕量化技術應用

3.1碳纖維增強復合材料在車身中的應用

大眾推出的采用碳纖維復合材料車身和零部件（碳纖維增強型塑料防傾桿）的XL1車型。該車只有23%由鋼鐵制成，總質量795kg。奧迪復材研究中心兼顧動力和經(jīng)濟性，選取傳動軸通道和（轎廂）后壁零部件使用碳纖維材料。并針對RTM（樹脂傳遞模塑成型工藝）工藝的研發(fā)難題，對注塑壓力、壓縮力及模具間隙進行精準調整，實現(xiàn)模塑工藝優(yōu)化方案。奧迪A5采用碳纖維預浸料模壓成型生產(chǎn)碳纖維車頂。

3.2鎂及鎂合金材料

鎂合金在所有的材料中，屬于輕量化的材質，它具有良好的抗震、降噪能力，并且容易回收，在現(xiàn)階段被譽為“綠色金屬結構材料”。鎂合金具有優(yōu)良的性能，能夠在汽車傳動系統(tǒng)、車體系統(tǒng)、引擎系統(tǒng)以及底盤系統(tǒng)等方面進行應用，進而達到輕量化的目標，實現(xiàn)降噪、吸振的目的，促使車身剛度以及安全性達到要求。在全球，對于很多車企來講鎂合金的開發(fā)與應用已經(jīng)日漸增多。

3.3 高強度鋼

汽車材料中應用得最廣泛的就是鋼鐵材料。其中，汽車輕量化技術中應用超高強度或高強度鋼對減輕汽車質量方面都具有重要的促進作用。在汽車車架和汽車負載部位應用高強度鋼板替代鑄鐵和普通鋼，很大程度上減輕了車身質量。汽車轉向零件等一些對強度要求較高的部件可應用高強度鋼，且此類材料也可以應用于底盤或車身等，實現(xiàn)輕量化的目標。

3.4鎂合金在車身中的應用

鎂合金材料根據(jù)成型工藝的不同，主要分為鑄造鎂合金和變形鎂合金2類。德國在鎂合金領域一直處于世界領先地位，德國大眾汽車公司在20世紀30年代就開始使用鎂合金，在90年代，奧迪汽車首先推出鎂合金壓力鑄造儀表板。奧迪A4、A6等汽車的變速箱殼體均使用AZ91D鎂合金，新一代奧迪A8發(fā)動機艙的三角支撐桿即采用了鎂合金目前，汽車中的鎂合金零件近100種，其中92%采用鑄造工藝實現(xiàn)，如變速箱殼體、離合器殼體、儀表板骨架、座椅、減震塔、車輪、車門內板、尾門內板等，8%則多以型材、裝飾性板材、極個別以覆蓋件板材的方式存在，應用于豪華轎車、超級跑車。

4整車數(shù)模的輕量化開發(fā)及優(yōu)化

整車數(shù)模的輕量化程度是實現(xiàn)整車數(shù)據(jù)渲染及評審的重要基礎。因此，在制作虛擬樣車數(shù)據(jù)的準備階段時，就需要進行數(shù)據(jù)輕量化，以達到對仿真模型的快速渲染需求，保障虛擬評審效果穩(wěn)定。從本文目的出發(fā)，對整車數(shù)模輕量化有以下幾點思考：（1）對靜態(tài)主觀視覺評價來說，在含有大量工業(yè)信息的數(shù)模中，僅需較少的有效信息;（2）十幾個G的整車數(shù)據(jù)在普通計算機軟硬件條件下難以整合，即使整合成功，在進行渲染或虛擬樣車評審時也可能造成卡頓、死機等;（3）整車數(shù)據(jù)的BOM表有幾百個零部件，手動處理存在工作量大、重復操作多、數(shù)據(jù)管理困難等問題。通過觀察數(shù)據(jù)保存形式，先后測試了stp、stl、igs、wrl、cgr這5種通用格式轉化，結果證明cgr格式可以轉換成功并組裝為整車，這種格式僅含有零件的外形、世界坐標等信息，以此達到降低原數(shù)模工業(yè)信息量的目的。

結束語

為減輕汽車的整體質量，采用輕量化材料勢在必行，而板式液壓在鋁合金等輕金屬成形方面具有獨特的技術優(yōu)勢，發(fā)展迅速?，F(xiàn)以發(fā)動機蓋內外板零件為例，分析了板式液壓工藝規(guī)劃、CAE分析、工藝設計及模具設計技術要點和調試方案。列舉了板式液壓成形技術應用項目，其零件經(jīng)多次裝車，滿足試驗要求，達到精度指標還分享了項目攻關經(jīng)驗，為后期項目開發(fā)提供指導。

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