
隨著環境污染、能源消耗日益加劇等問題的出現,汽車制造業對汽車車身的輕量化提出了更高的要求。無論是整車廠還是零配件供應商都在嘗試采用各種方式降低車身重量,如采用新材料、新的加工工藝等。對于白車身的減重而言,目前常用的技術如采用鋁板、激光拼焊板、TRB、熱成型、液壓成形、以及高強鋼,在降低車身重量的同時,也保障和提高了車身的安全性能。其中綜合比較成熟技術中,鋁板技術的應用在最大的效果上降低了轎車車身重量,對汽車車身輕量化做出了巨大的貢獻。
相關預測,2020年前國內乘用車復合增速為7%,在結構件領域運用鋁合金材料的帶動下,歐美單車用鋁維持增長,預計國內單車用鋁在2020年趨近于歐美,即在178kg左右,鋁鑄件價格不變,即維持在3.5萬-4萬元/噸。2014年國內傳統汽車鋁件市場空間約607億元,保守估計到2020年國內汽車鋁件市場空間可達1622億元。此外,微型電動車用鋁將由2014年的3億元增長至2020年的268億元。綜合來看,2020年國內汽車用鋁的市場規模將由610億元增長至1899億元。根據國內汽車行業交流,國內各大汽車企業已經啟動鋁合金的應用研究。
汽車工業是鋁鑄件的主要市場,例如日本,鋁鑄件的76%、鋁壓鑄件的77%為汽車鑄件。鋁合金鑄件主要應用于發動機氣缸體、氣缸蓋、活塞、進氣歧管、搖臂、發動機懸置支架、空壓機連桿、傳動器殼體、離合器殼體、車輪、制動器零件、把手及罩蓋殼體類零件等。
鋁鑄件中不可避免地存在缺陷,壓鑄件還不能熱處理,因此在用鋁合金來生產要求較高強度鑄件時受到限制。為此在鑄件生產工藝上作了改進,鑄造鍛造法和半固態成型法將是未來較多用的工藝。
變形鋁合金指鋁合金板帶材、擠壓型材和鍛造材,在汽車上主要用于車身面板、車身骨架、發動機散熱器、空調冷凝器、蒸發器、車輪、裝飾件和懸架系統零件等。
由于輕量化效果明顯,鋁合金在車身上的應用正在擴大。如1990年9月開始銷售的日本本田NSX車采用了全鋁承載式車身,比用冷軋鋼板制造的同樣車身輕200kg,引起全世界的矚目。NSX全車用鋁材達到31.3%,如在全鋁車身上,外板使用6000系列合金,內板使用5052-0合金,骨架大部使用5182-0合金;由于側門框對強度和剛度要求很高,使用以6N01合金為基礎、適當調整了Mg和Si含量的合金。在歐美也有用2036和2008合金作車身內外板的。
鋁合金材質零件的主要生產工藝還有鍛造,采用鍛造工藝生產的零件主要為力學性能要求較高的零件,例如車輪、底盤懸架系統控制臂、轉向節、空調壓縮機渦旋盤等。
底盤件鋁化輕量化效果明顯,對車輛性能提升顯著。國外鋁化率較高,國內遠低于國外,主要應用于高檔的自主品牌汽車及純電動轎車,但滲透率僅為10%左右。轉向節產品在底盤件中滲透率最高,技術難度最高的零件為副車架,產品成品率較低,尺寸精度有待提高定,焊接接頭性能以及焊接變形控制水平較低。
應用鋁合金零件已成為實現汽車輕量化的重要途徑,副車架做為支承前后車橋、懸掛的支架,國外主機廠在中高端車型上使用鋁合金副車架,輕量化效果顯著。本文介紹了兩種鋁合金副車架成型方式:一種是壓力鑄造、鋁管液壓成型或鋁板沖壓焊接等單一的工藝直接成型;另一種是由鑄造成型、擠壓成型、鋁管液壓成型、鋁板沖壓等兩種或兩種以上工藝組合。
結構件非常注重輕量化效率,更輕零件結構的設計、更高性能材料開發、更高的生產效率及成品率為今后的主要趨勢。
因此我國的汽車工業必須瞄準國際先進水平,對汽車用鋁合金的性能和生產工藝進行更深入的研究開發。
材料國產化研究的投入,并整合目前比較分散的科研力量。
汽車制造業與鋁加工業應通力合作,相互支持,共同研發。
系統研究鋁合金材料的成分、顯微組織、力學性能與沖壓性能之間的關系;尤其是加大對汽車車身板材用鋁合金的研究力度,通過優化合金成分、熱處理工藝和加工工藝來開發與鋼板的成形性及烤漆硬化性能相同的板材。
充分研究鋁合金的焊接性能,并開發能提高鋁與鋼鐵的焊接性能的合金材料。
應用人工神經網絡和數值模擬技術來實現材料制備工藝與性能間復雜非線性關系的擬合和預測,進一步優化汽車用鋁板、鋁帶和鋁型材的加工工藝。
充分研究鋁合金的安全環保和回收等問題,開發再生利用技術。
開發新型的汽車用鋁合金,如Al-Li合金、超塑性鋁合金、顆粒增強鋁基復合材料等。
隨著設計方法和制造工藝的不斷改進與成熟, 提高輕量化材料的使用量便成為了汽車輕量化發展的首要目標和發展方向,《中國制造2025》規劃中要求汽車生產企業必須通過增加輕量化材料在汽車上的應用來實現平均整車減重 5%~20%的目標,尤其是在新能源汽車領域,通過輕量化減重,可以有效提升續航里程。