通用汽车如何利用先进的制造技术减轻汽车重量

通用汽车(General Motors)在将轻质材料和创新制造技术整合到新一代乘用车和卡车上方面，正在全速前进。凯利蓝皮书(Kelley Blue Book)最近参观了通用汽车(GM)标志性的设计穹顶，这是它在密歇根州底特律郊外沃伦科技中心(Warren Tech Center)的收获。在参观过程中，巨大的金属银穹顶(自1956年车型问世以来，几乎每一辆通用汽车都将其作为私人评估大厅)挤满了旨在展示和预览该公司轻量化创新的展品。

一个多世纪以来，钢铁，尤其是低碳钢，一直是轿车和轻型卡车的标准建筑材料。事实上，普通材料是一个很好的选择，因为它相对便宜，容易焊接，容易弯曲成型，并且具有良好的抗疲劳性能。然而，它的缺点是耐腐蚀性和重量相对有限——它很重。油漆和镀锌几乎消除了它的第一个负面影响，但从物理上讲，降低低碳钢的质量是不可能的。

从传统意义上讲，对于乘用车来说，重量并不是一个大问题，因为汽车制造商一直把注意力集中在让乘客感到舒适上，仅仅是增加马力来抵消质量的增加。然而更严格的燃油效率规定,意识到更轻的车辆提供更好的性能,世界上所有的汽车和卡车制造商很难看“轻量化”——一个汽车行业的术语,指的是构建车辆更轻的过程以提高经济和性能。

正如我在Design Dome中学到的那样，通用汽车(General Motors)正采取多方面的方法来解决轻量化问题。这包括引进新的组装材料，并要求其工程团队提出新的创新方法来进行汽车制造。

铝是通用汽车最轻的产品。制造商用飞机所用的同一种基本材料是大多数汽车制造商的新材料选择，因为这种金属比软钢轻、易用、耐用、耐腐蚀。但铝并非都是好消息，因为它的成本更高，需要昂贵的工具，而且组装起来更困难，特别是当它连接到不同的材料时。通用汽车选择了合金的应用领域，采用了单铝车身面板、挤压铝轨框架和复杂的铝铸件，而不是需要几十个小件才能形成一个大单元的零件，这样可以减轻重量、降低复杂性、提高刚度和提高碰撞性能。铝广泛应用于雪佛兰C7 Corvette和雪佛兰Malibu（新款凯迪拉克CT6采用大量轻质合金替代低碳钢，其全尺寸豪华轿车的重量小于宝马5系）。

在某些情况下，铝并不是最好的材料。高强度钢是一种合金，经过特殊的机械性能设计，与轻质合金一起增加强度、耐腐蚀和吸声性能。这些材料具有不同的机械性能，这迫使该公司的工程师开发了将铝粘附在钢铁上的技术。

一种解决方案是采用先进的点焊技术。通用汽车的工程团队发明了特殊的技术，可以将不同熔点的材料粘合在一起。通用汽车能够将轻巧的铝制外壳(如车篷或车尾盖)与坚固的钢框架结合在一起，使每一种材料在减轻整体重量的同时互补彼此的优点(通用汽车希望将其许多技术授权给其他汽车制造商)。

零件通常需要一个更有凝聚力的配合，使粘结更强，这是焊接的地方。而融合类似金属是一个简单的任务,焊接铝和钢在一起是困难的,因为铝融化在1200°f,而钢铁融化在2600°f .尽管如此挑战,通用汽车因工程特殊的技术和工艺,让他们融合材料和不同的机械性能在一起不破坏一个或另一个。更进一步，该公司的工程师开发出了一种焊接头，能够适应铝对铝、钢对铝、钢对钢的焊接，大大加快了组装过程。作为一个额外的好处，多材料焊接消除了重型，昂贵的铆钉的需要-通用汽车可以节省超过100美元的每辆车只要消除铆钉。

铝和高强度钢并非通用汽车正在开发的唯一金属，该公司还在汽车制造中使用镁。镁是所有金属中最轻的一种——比铝轻33%——具有强度和耐腐蚀性。它易于铸造和加工，其较低的工作温度延长了用于生产零件的设备的寿命。不幸的是，镁的熔化温度低于大多数其他金属，而且它的强度也不是特别强(与钢相比)，这确实限制了它的一些应用。但对于大型铸件和特殊零件，它是一种优良的结构材料。通用汽车目前正在试验用于车门和后备箱的镁板(该公司已开发出耐腐蚀涂层，以确保其镁板金属能够持续使用汽车)。

碳纤维是最有前途的轻质汽车建筑材料之一。这种非金属材料的强度是钢的五倍，硬度是钢的两倍，但重量却只是钢的一小部分。这种非金属材料可以编织、成型和模塑成几乎任何形状。碳纤维非常坚固，抗腐蚀能力很强，但它不像大多数金属那样耐热(主要是因为树脂把纤维粘在一起)。几十年来，车队和飞机制造商一直在称赞碳纤维的好处，但这种材料对于大批量生产的汽车来说总是被认为太贵了。现在已经不是这样了，因为通用汽车正致力于碳纤维车轮项目，该项目承诺将使车辆重量下降40磅以上——车轮重量被认为是“旋转和非簧载质量”，这意味着每减少一盎司都会大大提高效率和驾驶动力。

通用汽车的轻量化程序是一个长期致力于减少轿车和轻型卡车的重量——它并不是一夜之间发生的,将有利于消费者改善燃油经济性和更好的乘坐,减少和简化的汽车制造、环境和减少排放和流线型的回收。这是每个人的胜利。