汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用王菲

汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用王菲

王菲1吴双强2赵研3

1陕西德仕汽车部件（集团）有限责任公司陕西西安710200;2陕西重型汽车有限公司陕西西安710200;3陕西德仕汽车部件（集团）有限责任公司陕西西安710200

摘要：近些年我国汽车行业随着经济水平和科学技术水平的发展不断进步，汽车行业由此步入高速发展时期，所以说汽车行业的市场竞争越发激烈，各汽车生产企业要想在激烈的竞争中谋求发展必须制造质量和性能更高的汽车，其中轻量化材料的应用是关键因素。目前阶段汽车轻量化应用的主要途径有两种，一种是借助热成型、液压成形以及激光拼焊等先进的车身制造工艺；另一种则是对铝合金、复合材料、塑料、高强钢等轻量化材料进行应用。本文首先探讨轻量化材料及先进制造工艺于汽车轻量化中的应用，然后对轻量化领域中新工艺和新材料的研究进展进行叙述，最后总结现阶段国内外此类研究中的重难点问题。

关键词：汽车轻量化；材料；制造工艺

目前，国内外纷纷出台关于安全、排放、油耗等方面法规来强制规范汽车产品的安全及环保性能，随着能源的不断开发和消耗，我国对汽车的节能减排要求也变得日益严格，安全、节能和环保显然已成为汽车领域研究学者最为关注的性能指标，如何开发出更加环保、节能的汽车已然成了当今汽车研究领域最为重要的方向之一。汽车的燃油经济、排放量与汽车的整车质量息息相关，研究数据显示，汽车的质量越轻，与之对应所需要的发动机负荷就可以相应的降低，当车重每减轻10%时，油耗则可降低6%～8%。由于普通白车身占整车质量的20%～35%，所以车身的轻量化对于整车的轻量化至关重要。

1新型材料在轻量化中的应用

1.1高强度钢材料

一般规定，将屈服强度介于210-550MPa间的钢称之为高强度钢，其特点是价格低、结构强度高、抗疲劳性能优良以及易于冲压和焊接，能够充分的利用传统的生产线，是现阶段实现轻量化的首选材料。目前，高强度钢材料主要用在车身的加强件上面，如侧围的AB柱、地板边梁、车门防撞杆等特殊重要部位。其减重的主要机理是充分利用自身超高强度来减薄钢板的厚度，在实现车身减重的同时，也提高了车辆的安全性能。高强度钢材料在欧美国家车身的应用比达到了55%以上，我国自主品牌的应用也占到了45%左右。

1.2铝合金材料

铝合金密度低、抗冲击性能好，与钢相比，铝合金的密度只有钢的35%，而吸能性却是钢的两倍，因此，在安全碰撞性能方面，具有很大的优势，此外铝合金储量大、回收利用率高，作为新型轻量化材料，目前已在汽车制造领域得到较为广泛的应用。根据研究数据可知，铝制产品在车身应用减重率可以达到50%左右，在满足车身性能条件下，大大减轻车身的重量，实现车身的轻量化。目前应用较为广泛的主要是5系和6系的铝合金材料，5系列主要用于车身加强件，6系列主要运用在车身的框架和外覆盖件。奥迪A8、捷豹XJ等车型已经实现了全铝车身，其车身采用铝材制造，框架为立体结构，外覆盖件为铝板冲压，与同类的钢制车身对比，车身质量减轻了30%-50%，油耗降低了5%-8%。

1.3镁合金材料

镁合金作为所有的金属材料中密度最小的一种，其比强度和比刚度都高于铝合金和钢，此外，还拥有很好的吸能、散热和降噪的特点，是铸造件最好的材料之一，目前运用较为广泛的是铸造变速箱壳体、转向盘、发动机托架等等，具有很大的轻量化应用前景。但是由于镁元素熔点小、凝固结晶范围大，不易形成熔池，接头可靠性不高，加上化学活性高，制造生产中危险性大，这些都很大程度的制约了镁合金轻量化材料发展，现阶段的应用范围要低于铝合金材料。

1.4塑料和复合材料

在目前的车身材料应用中，为了满足轻量化、防腐、美观性等要求，非金属材料越来越受到汽车开发人员的青睐，应用于车身的轻量化非金属材料主要有工程塑料和复合材料两类。工程塑料材料主要包括PE、PVC、PA等，由于这类材料密度低、防腐、防震效果好、成型优良等特点，通过气辅成型（GAM）、水辅成型（WAM）、双组份注塑成型（DAM）等成型技术的加工制造，使其在车身材料中得到较大的应用，比如保险杠、翼子板及整车内外饰等汽车零部件。复合材料是指由两种或两种以上的材料组合，通常由基体和增强体两部分构成，增强材料主要包括纤维类和高分子类材料。由于复合材料的低密度、高强度和较好的耐高温、耐腐蚀性特点，主要运用在汽车的悬架、车架等车身构件上。

2先进轻量化制造工艺

2.1激光拼焊板成型技术

于汽车轻量化而言，激光拼焊板成型技术具有非常高的地位，汽车底板、侧围、尾门内板、轮罩等各类零部件的成型都无法离开此种技术的应用。此种技术于板材加工的过程中可以实现不同材质及厚度钢板焊接在一起的目的，可大幅度降低搭边等各类因素引发的资源浪费问题，提升了材料的使用率，所以被广泛应用于制造业。激光拼焊板成型技术相比点焊等传统技术优势十分明显，第一，将不同厚度与不同材质的材料焊接在一起的同时可以将其各自优势充分发挥，进而对车身的理学性能进行改善，汽车强度大幅度提升的同时质量减轻；第二，加工过程中所需的模具数量大量减少，进而起到成本节约的目的；第三，降低了搭边等各类因素引发的材料浪费问题，材料利用率得到提升的同时优化了零件结构。

2.2热成型技术

热成型技术近些年来逐渐发展为汽车轻量化进程推进过程中不可缺少的一种技术，在汽车衡量以及加强版等重要零件中应用非常普遍。热成型技术的原理是将钢材加热至奥氏体状态后再进行加工，此种方式可以对材料的成型性能进行有效改善，其加工的零件无论是延展性还是强度都有一定程度的良性变化，不仅质量更轻而且冲压性能也更加理想。与传统冷冲压相比热成型工艺具有众多优势：第一，回弹更小，可以大幅度提升加工零件的尺寸精度；第二，加工零件更薄，汽车重量大幅度降低；第三，塑性和延展性提升，可对更加复杂的零件进行加工；第四，降低了板料的变形抗力，可在冲压时降低冲压机的吨位，进而成本得以节省。

结束语：综合考量现阶段汽车行业的发展趋势不难发现，轻量化是未来一定时期内汽车行业的主要发展方向。当前阶段汽车生产企业面临的首要问题是在降低成本的同时实现汽车轻量化的目的，借助材料和加工成型方法来将其优势最大限度发展，进而将低成本和高性能的目的进行实现，推进我国汽车行业的绿色发展，节约资源的同时保护环境。

参考文献：

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