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欧洲严控汽车“体重”:激光技术立大功

2013-11-18 09:03
潇纵
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  随着节能减排形势变得日益严峻,相关部门对卡车超载的治理越来越严,轻量化成了近几年来汽车行业常被探讨的话题。比如,铝合金车轮的应用就是国内准重载车辆实现轻量化的一大有效手段。在了解国内外卡车企业的卡车轻量化情况时,记者通过查阅相关外文材料得知,德国某研究机构近期研发了一种新型的车辆轻量化技术。

  最近欧洲委员会出台了一项新法规,如果汽车制造厂不能显著降低其新生产汽车的二氧化碳平均排放量,它们将面临巨额的罚款。汽车工业到了必须思索如何减少燃料消耗量和二氧化碳排放量的时候了。

  如何减少汽车燃料消耗量,一条有效的途径就是在汽车轻量化结构上做文章,换句话说就是让汽车“瘦”下来。但是给汽车“减肥”必须在不降低汽车安全性的前提下进行。如何在同等级别安全程度下成功给汽车瘦身,是摆在汽车设计人员面前的一道既现实又迫切的难题。

  到目前为止,大部分车身结构都是由同质钢板组成的,不同部位的钢板厚度基本上相同。一些承担局部应力过大的部件,要求钢板较厚来承担高强度局部应力。这就意味着一些不需要承担很大局部应力部位的钢板厚度超出了实际所需要的厚度,这就给车身增加了不必要的重量。此外,一些汽车制造厂家还喜欢用一些价格较贵的高强度钢板,这无形之中也会增加车身重量。

  使用普通强度钢板 激光提升局部强度

  国外先进的轻量化技术一直是国内制造企业效仿的对象,其前沿技术的发展也对我国有很大的借鉴意义。最近,德国萨克森州首府德累斯顿市弗劳恩霍夫材料和射线研究所(The Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS)的研究人员研发出了一项全新的车辆轻量化结构技术,可在充分确保车辆安全性的前提下减轻车辆重量。

  来自该研究所的科学家马库斯·瓦格纳称:“安全性和轻量化结构彼此并不矛盾。”为了更准确地匹配车身各个部位所承受的应力,马库斯·瓦格纳和他的同事正在致力于创建一套实现车身轻量化的新方案,这项新方案被称为“局部激光强化”(local laser reinforcement)。

  这套方案使用的是价格低廉、强度普通、壁厚度达到最薄限度的钢板,但这么做会导致某个部位的钢板无法承受高强度局部应力。为解决这个难题,研究人员需要提升承受过大局部应力部位的钢板强度。

  那么这个过程具体是怎么实现的呢?首先,专家用聚集激光束照射未经加工的钢板表面,被聚集激光束照射的钢板温度开始升高并逐渐熔化,熔化所产生的热量迅速消散并传递给毗连的冷材料,热量所经过的部位遇热之后迅速冷却。这个过程会产生硬质相,遇热之后迅速冷却的材料其硬度可得到显著强化。

  “通过这个过程,我们可以得到强度达到1500兆帕的材料,新材料的强度大概是未经强化的原始材料的2倍。”瓦格纳说。在整个过程中,得到强化的钢板并未变厚,也就是说钢板的重量并未增加,这个方案可谓是在确保车辆安全性的前提下,对轻量化技术的一种有益尝试。

  瓦格纳称:“这个方案可被用于设计车辆前后缓冲杠、中立柱、加强筋、加强板等诸多部件。在设计这些部件时,上述方案提供了一条如何在重量和强度上作出最优选择的解决途径。”

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