汽车座椅轻量化结构设计及成形工艺优化的探讨

汽车总保有量的增加加剧了环境污染的问题，也增加了能源的消耗量，这些问题严重制约了我国汽车行业的长远发展。而汽车轻量化是缓解这一矛盾的有效方式，汽车轻量化是在不改变汽车刚度与强度的前提下，采用轻量化材料，或借助结构轻量化设计减轻整车的质量。

汽车轻量化是在不改变汽车刚度与强度的前提下，采用轻量化材料，或借助结构轻量化设计减轻整车的质量，材料技术是轻量化结构设计的重要内容，借助轻量化材料能够同时改善汽车质量与行驶安全性。现阶段，汽车轻量化材料主要爆包括；

（1）铝合金。铝作为轻质材料之一，被广泛地应用于各行各业中，由铝加工而成的铝合金具有耐腐蚀性强、热导率高等优点，利用先进技术加工后可以应用于汽车轻量化设计中。与此同时，铝合金能够更好地抵抗外部的冲击，可以使汽车碰撞安全性得到提升。

（2）高强度钢。高强度钢与一般的钢材相比，质量更轻，能够显著降低整车质量。普通高强度主要有烘烤硬化钢、含磷钢等；先进高强度钢主要有贝氏体钢、复相钢、孪生诱发塑性钢等。高强度钢综合性能好，是汽车轻量化结构设计的首选材料。尽管高强度的强度较强，但这也意味着这类钢材的成形性能相对较差、回弹大。

（3）镁合金。镁合金在现实生活中得到了广泛地应用，其比刚度、比强度较高，具有显著的优势。除此之外，镁合金较易回收、散热性好，这也是其被用应用于汽车轻量化设计的重要原因之一。现阶段，铸造镁合金是汽车轻量化设计的主要材料，其被应用于座椅骨架、变速器壳体等部件的设计中。

第一，轨道固定式。这类方式一般在客车中较为常见，座椅模块化是其最大特征，具有实用性强，安装难度低等特点。第二，螺栓固定式。借助预埋螺母固定座椅具有成本低、操作难度低的优势，但是通用性较差。第三，卡脚固定式。这一固定方式在SUV车型中较为常见，为了满足出行需求，可以将车内的座椅进行折叠，扩大空间，灵活性较高。

汽车座椅的生产工艺包括住注塑、发泡、焊接等。其中，注塑工艺包括填充、冷却等阶段，在注塑环节，生产人员需要密切关注温度、时间、速度等参数，保证塑料件的质量。发泡成型是使塑料产生微孔结构的重要工艺，主要包括物理发泡与化学发泡。成型方法一般为称料后混合搅拌，其次由专业人员进行浇筑，之后熟化并脱模处理，最后熟化。在设计制造座椅骨架时一般采用钢质冲压、合金铸造等方法，前者具有灵活性、成本低的特点，后者具有强度高、质量轻的优势，但是成本先对较高。

铝的密度较小，属于轻金属，由铝加工而成的铝合金具有耐腐蚀性强、热导率高等优点，同时铝合金也可被回收二次使用。将铝合金应用于汽车座椅轻量化结构设计中可以大幅减轻汽车的质量，能够提升燃油经济性。现阶段，冲压钢板是汽车座椅骨架的主要材料，这就导致汽车座椅质量较大，从而影响汽车整体的经济性。因此，下文将铝合金作为汽车座椅骨架的主要材料，分别对汽车椅背、椅架、边板进行轻量化结构设计。

椅背是汽车座椅的重要组成部分，椅背的舒适度直接影响驾驶员的驾车体验。因此，在设计汽车座椅靠背时需要参考人体背部优化曲线（见图1），提高汽车驾驶员的舒适度。参考国家相关标准，铝合金座椅靠背尺寸为470*620毫米。椅背材料选择机械性能良好的列车金，壁厚为4毫米，拔模斜度为0度30分，内、外圆角半径分别为4、8毫米（见图2）。

图1 人体背部优化曲线

图2 座椅椅背三维图

汽车座椅椅架的承载量最大，一般由合金与椅脚固定座焊接组成。本文设计汽车座椅椅架选择40毫米*20毫米的方管、厚度为4毫米的铝合金；选择厚度为5毫米的冷轧板。两者经过冲压后组成汽车座椅椅架，这一设计可以节约大量的费用，结构较为简单，并且取材，生产效率高，汽车座椅椅架的三维结构图如图3所示。

图3 汽车座椅椅架的三维结构图

边板是连接椅架、侧扶手等零件的载体，对强度具有较高的要求。在设计铝合金边板过程中需要充分考虑螺栓与靠背的的连接以及抗拉强度等因素。在冲压成型后采用油漆烘烤、低压铸造可以提高铝合金边板的强度。

一般情况下，工程塑料或者塑料复合材料制造汽车座椅骨架均采用注塑工艺，旨在减少钢铁骨架焊接等步骤，节约人工费用。但是因为汽车座椅在实际使用过程中需要调整角度、高度，而调角器等基本为全属件，骨架与零件的连接值得我们思考。与此同时，因为塑料材料本身强度并不能满足汽车座椅强度要求，材料的回收再利用较高，本文认为可考虑选取EPP新材料，提高汽车座椅的耐热性能、尺寸稳定性，将其与与钢铁骨架一同进行设计提高汽车座椅的强度，减轻质量。

综上所述，座椅是给汽车驾驶员提供支撑、便于驾驶操作的重要结构，可以在事故发生时给予一定的保护，实用性及较强，汽车座椅轻量化设计可以减少有害气体的排放，降低对生态环境的影响，提升燃油的经济性。汽车座椅轻量化设计是未来汽车座椅设计制造的主要发展方向。低压铸造可以最大限度防止合金液的飞溅现象，保证铸件质量，综合机械性能高，适用性较好，具有显著的优势。

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