通用汽車如何利用先進的製造技術減輕汽車重量

通用汽車(General Motors)在將輕質材料和創新制造技術整合到新一代乘用車和卡車上方面，正在全速前進。凱利藍皮書(Kelley Blue Book)最近參觀了通用汽車(GM)標誌性的設計穹頂，這是它在密歇根州底特律郊外沃倫科技中心(Warren Tech Center)的收穫。在參觀過程中，巨大的金屬銀穹頂(自1956年車型問世以來，幾乎每一輛通用汽車都將其作為私人評估大廳)擠滿了旨在展示和預覽該公司輕量化創新的展品。

一個多世紀以來，鋼鐵，尤其是低碳鋼，一直是轎車和輕型卡車的標準建築材料。事實上，普通材料是一個很好的選擇，因為它相對便宜，容易焊接，容易彎曲成型，並且具有良好的抗疲勞性能。然而，它的缺點是耐腐蝕性和重量相對有限——它很重。油漆和鍍鋅幾乎消除了它的第一個負面影響，但從物理上講，降低低碳鋼的質量是不可能的。

從傳統意義上講，對於乘用車來説，重量並不是一個大問題，因為汽車製造商一直把注意力集中在讓乘客感到舒適上，僅僅是增加馬力來抵消質量的增加。然而更嚴格的燃油效率規定,意識到更輕的車輛提供更好的性能,世界上所有的汽車和卡車製造商很難看“輕量化”——一個汽車行業的術語,指的是構建車輛更輕的過程以提高經濟和性能。

正如我在Design Dome中學到的那樣，通用汽車(General Motors)正採取多方面的方法來解決輕量化問題。這包括引進新的組裝材料，並要求其工程團隊提出新的創新方法來進行汽車製造。

鋁是通用汽車最輕的產品。製造商用飛機所用的同一種基本材料是大多數汽車製造商的新材料選擇，因為這種金屬比軟鋼輕、易用、耐用、耐腐蝕。但鋁並非都是好消息，因為它的成本更高，需要昂貴的工具，而且組裝起來更困難，特別是當它連接到不同的材料時。通用汽車選擇了合金的應用領域，採用了單鋁車身面板、擠壓鋁軌框架和複雜的鋁鑄件，而不是需要幾十個小件才能形成一個大單元的零件，這樣可以減輕重量、降低複雜性、提高剛度和提高碰撞性能。鋁廣泛應用於雪佛蘭C7 Corvette和雪佛蘭Malibu（新款凱迪拉克CT6採用大量輕質合金替代低碳鋼，其全尺寸豪華轎車的重量小於寶馬5系）。

在某些情況下，鋁並不是最好的材料。高強度鋼是一種合金，經過特殊的機械性能設計，與輕質合金一起增加強度、耐腐蝕和吸聲性能。這些材料具有不同的機械性能，這迫使該公司的工程師開發了將鋁粘附在鋼鐵上的技術。

一種解決方案是採用先進的點焊技術。通用汽車的工程團隊發明了特殊的技術，可以將不同熔點的材料粘合在一起。通用汽車能夠將輕巧的鋁製外殼(如車篷或車尾蓋)與堅固的鋼框架結合在一起，使每一種材料在減輕整體重量的同時互補彼此的優點(通用汽車希望將其許多技術授權給其他汽車製造商)。

零件通常需要一個更有凝聚力的配合，使粘結更強，這是焊接的地方。而融合類似金屬是一個簡單的任務,焊接鋁和鋼在一起是困難的,因為鋁融化在1200°f,而鋼鐵融化在2600°f .儘管如此挑戰,通用汽車因工程特殊的技術和工藝,讓他們融合材料和不同的機械性能在一起不破壞一個或另一個。更進一步，該公司的工程師開發出了一種焊接頭，能夠適應鋁對鋁、鋼對鋁、鋼對鋼的焊接，大大加快了組裝過程。作為一個額外的好處，多材料焊接消除了重型，昂貴的鉚釘的需要-通用汽車可以節省超過100美元的每輛車只要消除鉚釘。

鋁和高強度鋼並非通用汽車正在開發的唯一金屬，該公司還在汽車製造中使用鎂。鎂是所有金屬中最輕的一種——比鋁輕33%——具有強度和耐腐蝕性。它易於鑄造和加工，其較低的工作温度延長了用於生產零件的設備的壽命。不幸的是，鎂的熔化温度低於大多數其他金屬，而且它的強度也不是特別強(與鋼相比)，這確實限制了它的一些應用。但對於大型鑄件和特殊零件，它是一種優良的結構材料。通用汽車目前正在試驗用於車門和後備箱的鎂板(該公司已開發出耐腐蝕塗層，以確保其鎂板金屬能夠持續使用汽車)。

碳纖維是最有前途的輕質汽車建築材料之一。這種非金屬材料的強度是鋼的五倍，硬度是鋼的兩倍，但重量卻只是鋼的一小部分。這種非金屬材料可以編織、成型和模塑成幾乎任何形狀。碳纖維非常堅固，抗腐蝕能力很強，但它不像大多數金屬那樣耐熱(主要是因為樹脂把纖維粘在一起)。幾十年來，車隊和飛機制造商一直在稱讚碳纖維的好處，但這種材料對於大批量生產的汽車來説總是被認為太貴了。現在已經不是這樣了，因為通用汽車正致力於碳纖維車輪項目，該項目承諾將使車輛重量下降40磅以上——車輪重量被認為是“旋轉和非簧載質量”，這意味着每減少一盎司都會大大提高效率和駕駛動力。

通用汽車的輕量化程序是一個長期致力於減少轎車和輕型卡車的重量——它並不是一夜之間發生的,將有利於消費者改善燃油經濟性和更好的乘坐,減少和簡化的汽車製造、環境和減少排放和流線型的回收。這是每個人的勝利。