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铝材在汽车轻量化中的研发与应用许磊

发表时间：2020/9/25 来源：《基层建设》2020年第17期作者：许磊

[导读] 摘要：随着全球汽车保有量的不断攀升，环境污染的日益严重，汽车轻量化所能带来的节能降耗效果已经日益深入人心，而铝合金材料在汽车轻量化中的应用也日益广泛，已经逐渐被行业内公认为汽车轻量化最有前途的金属材料，被誉为希望金属材料。

        郑州宝钢钢材加工配送有限公司河南省郑州市   450000
        摘要：随着全球汽车保有量的不断攀升，环境污染的日益严重，汽车轻量化所能带来的节能降耗效果已经日益深入人心，而铝合金材料在汽车轻量化中的应用也日益广泛，已经逐渐被行业内公认为汽车轻量化最有前途的金属材料，被誉为希望金属材料。尤其是铝合金型材，由于开发周期短，模具费用低，结构可以任意变化，从而越来越受到汽车行业的重视，应用也越来越广泛。
        关键词：铝材；汽车轻量化；研发；应用
        引言
        将铝型材的质量轻、抗蚀性强、可塑性强等一系列优点应用于全铝车身上，使车辆具有非常好的安全性能和可操控性，来达到节能减排的汽车轻量化效果，还是具有非常广阔的市场前景的。后期通过增加续航里程、优化电池配置、降低生产成本等措施，来扩大汽车轻量化的发展，所有这些都离不开铝型材的应用，未来要通过技术改造将全铝车身从豪车过渡到中低档车型上，让普通百姓也可以拥有。
        一、铝合金的特点与发展趋势
        （一）特点
        （1）在挤压过程中，被挤压金属在变形区内获得比轧制、锻造更为强烈和均匀的三向压缩应力状态，因此挤压可充分发挥被加工金属的塑性，可用于加工轧制锻造无法加工的难变形金属，同时可用于制作各种空心或实心的复杂截面构件。
        （2）由于铝型材几何截面可变，因而其构件的刚度高，可提高车身的刚性、降低其NVH特性、提高车辆动态控制特性。
        （3）由于铝型材截面可控制，可提高构件的功能集成程度，降低构件数量，同时通过截面匹配还可实现焊接精确定位。
        （4）具有挤压效益的产品，在淬火时效后，纵向强度性能，远比其他方法加工的同类产品要高。
        （5）挤压后产品表面色泽好，耐腐蚀性能好，不需要做其他防腐性的表面处理。
        （6）挤压加工灵活性大，工装模具成本低，设计变更费用低。
        （二）发展趋势
        铝合金板材在使用过程中其可焊性较钢材要差一些，改善铝合金板材的焊接性能和焊接质量，提高铝合金的应用范围。应用热成型技术、超塑性成型技术和电磁符合成型技术改善铝合金覆盖件的成型性和成型质量。
        目前除了传统的铝合金金属材料，铝基复合材料凭着低密度、高强度、高耐蚀性等优势，在汽车轻量化中也制造中得到了很好的应用，用铝基复合材料制造的汽车发动机活塞相对于传统的铸铁活塞，其重量减轻了10%左右，而散热性却提高了4倍。受到价格及生产质量控制等方面的制约，铝基复合材料还没有形成很大的规模，但在部分汽车零件上已经显示出其卓越的性能。
        二、铝合金型材在汽车上的应用实例
        汽车用铝合金型材应用有：保险杠防撞梁、吸能盒、车门防撞梁、仪表盘支架、底盘件、车身结构件、油管、导轨、行李架、热交换器等截面一致且形状复杂的构件。
        （一）铝合金防撞梁
        铝合金防撞梁已经在合资品牌的中高端车型上基本普及，正在向低端车型以及国产车型发展。由于减重效果明显，在为了几年内，有望全面替代钢防撞梁。
        （二）仪表盘支架
        仪表盘支架也运用到了铝合金，结构相对简单，减重效果好，对整车的降噪有明显的作用，越来越多的车型开始采用
        （三）全铝车身
        乘用车，目前乘用车采用全铝车身结构的车型都是一些国外的高端车型货超级跑车，如奥迪A8和A2、捷豹XJ等，为型材、板材和铸件相结合。而国内的轿车全铝车身主要应用于新能源电动车上，主要由型材做成框架。

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另外，还有商用车国内关于全铝车身客车产品的研发，各大厂家走的路线不大一样。主要有合作开发、自主研发、整车进口和进口材料国内组装这几种方式。
        （五）全铝挂车
        全铝货车的应用，也有不少企业在研发。其中，山东丛林集团生产的全铝甩挂运输车，重量仅有6.8吨，比钢制车轻2-3吨，是目前国内市场上最轻的甩挂车。
        三、存在的问题
        虽然我国汽车用铝合金行业发展较快，其规模也较大，但仍存在较大的问题。近几年来，我国汽车铝合金零部件制造业虽然有所发展，但散、乱、差的局面尚未得到解决，规模小而分散，未形成强大的产业；缺乏统一管理和协调，没有制订符合环保和节能要求的强制性法规和标准，管理和生产都比较乱；产品品种不全，质量不稳定。我国的汽车工业大都是靠中外合资建设起来的，没有形成真正的品牌，汽车零配件，特别是铝合金零部件引进的多，国产开发的少，仿造的多，自主创新的少，形成了长期跟着别人走，总落后人家一头。虽然形成了一个强大的铝加工体系，但未形成汽车用铝合金材料体系，许多有特殊要求的铝合金及其加工工艺与状态，许多专用的品种和材料都要依赖进口。没有组建汽车铝合金零部件及其配套铝材的研究开发中心，自主研发能力差，技术力量弱，阻碍了新型材料及零部件的开发。汽车行业与铝加工行业沟通不够，未能形成像福特汽车公司与美铝公司，奥迪汽车公司与海德鲁铝业公司那样的紧合作关系。互不了解，互不通气，互不配合，阻碍了各自的发展。
        四、解决策略
        （一）整零之间的战略关系需进一步优化
        随着时代的发展，整车厂对零部件提出越来越高的要求，未来整车厂所要求的零部件企业，不是传统意义上的单纯零部件供应商，而是能够给整车厂提供系统解决方案的供应商，特别对供应商系统的集成能力、创新能力有非常高的要求，这就需要零部件企业在先进技术开发的早期，就与整车厂进行非常紧密的合作，在经营发展上，互相支撑。从长远战略上，他们之间是共创未来的关系，为整零企业创造了和谐发展环境和广阔空间。
        （二）进一步提升核心技术水平
        产品技术实力是企业参与市场竞争的核心要素。国外零部件企业的实力来自于巨额的研发投入和持续不断的技术创新，国内企业在这方面一直有所欠缺。目前，国内汽车零部件供应商普遍采用“来图加工”的模式，即汽车厂商将产品数据和图样提供给供应商，后者按照图样进行生产制造。多数企业没有完全产品掌握核心技术，产品市场大多为中、低端，高端很少；面对未来汽车能源多元化发展的趋势，以及节能、环保、安全要求的日益严格，要求铝合金零部件企业不仅拥有基本的开发能力，还应拥有超前技术开发能力。因此，铝合金零部件企业应该加大研发力度与投入，以进一步提升企业自身的核心技术水平。
        （三）借助新能源汽车的发展大力推广铝合金的应用
        目前的新能源汽车主要以电动汽车为主，而电动汽车的电池能量密度在短期内很难有大的突破，导致电池重量难以下降。因此，车身轻量化就成了必然的选择。而铝合金作为最佳的轻量化材料，自然就会迎来很好的发展机遇。把握住时代发展中的机遇，积极促进铝合金汽车零部件产业转型升级，向节能型、环保型、高技术型和高质量型发展。
        五、结束语
        在这个时代快速发展的社会上，人们对资源的需求也越来越大，新的能源危机以及环境问题也成为了世界所面临的问题，运用铝材在汽车轻量化中的运用给汽车行业的发展带来了新的机遇，同时也保护了生态环境，降低了汽车在制造中的成本，提升了对材料的运用，促进了我国汽车行业的发展。
        参考文献
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