【佛山铝管厂家】汽车用铝合金型材开发与轻量化运用

1  序言

节能减排、降低排出、提升安全系数变成汽车制造业发展前景，汽车新能源技术性是处理绿色环保的关键对策。可根据构造可靠性设计、汽车轻量化原材料运用及多种多样生产技术集成化运用而完成商品汽车轻量化。铝合金型材因为其相对密度小、成形性好、吸能效果非常的好及耐蚀性能好等缘故被广泛运用于汽车轻量化车辆中。据记述，汽车工业公司于1896年逐渐应用铝合金型材制做曲轴箱通风[1]，发展趋势到现在，铝合金型材已应用到车辆各位置，如启动及发动机缸体、中控台及发动机支架、铝合金型材车轱辘、悬架系统零件、保险杆防撞钢梁及吸能盒、汽车车门及换热器等，乃至是全铝车身。如今国际性上现有许多 全铝合金型材车体车系在售，包含Honda的超级跑车NSX，Audi的A2、A8、R8及其Jaguar XJ。在其中Jaguar XJ是铝合金型材技术性汽车轻量化技术性充分发挥到完美的车系，不但车体净重大幅降低，并且车体零件数量从5189个降到276一个，车体刚度提升了48%。据材料所显示，铝合金型材在车辆的需求量慢慢提升，从1990年均值50kg/车，发展趋势到现在已达均值155kg/车之上。

2  铝合金型材特性以及运用

2.1  铝合金型材特性

挤压成型是铝合金型材关键的成形方式，铝合金型材挤压加工是一种热处理成形方式，而且在全部生产过程中，铝合金型材均处在三向压地应力情况下成形。全部生产过程可那样叙述：最先，把铝以及他铝合金冶炼铸造成所必须的铝合金型材铸棒；随后，把加热后的铸棒放入挤压成型机器设备内开展挤压成型，铝合金型材胚料在主缸挤压成型功效下，根据模貝的凹模变成需要的铝型材；最终，为了更好地提升铝合金型材的物理性能，在挤压成型全过程或挤压成型后开展时效处理，接着在开展调质处理。调质处理后的结构力学可以依据不一样的成份及时效性规章制度各不相同，表1为车辆用挤压成型铝合金型材与16锰钢的特性比照。

表1 车辆用挤压成型铝合金型材与16锰钢的特性比照

新项目

挤压成型铝合金型材

16锰钢

抗压强度σb /MPa

310-572

370-660

屈服强度σ0.2 /MPa

260-503

230-350

拉伸强度δ/%

8-30

<20

强度HB

90-150

100-160

相对密度g/cm3

2.7

7.8

弹性模具E/105MPa

0.7

2-2.1

铝合金型材挤压成型商品较别的成形方法，具有下列的特性：（1）在挤压成型全过程中，被挤压成型金属材料在形变区域内得到比冷轧、煅造更加明显和匀称的三向缩小地应力情况，因而挤压成型可充分运用被生产加工金属材料的塑性变形，可用以生产加工冷轧煅造没法生产加工的难形变金属材料，另外可用以制做各种各样中空或实芯的繁杂横截面预制构件；（2）因为铝合金型材几何图形横截面可变性，因此其预制构件的弯曲刚度高，可提升车体的刚度、减少其NVH特点、提升车子实时控制特点；（3）因为铝合金型材横截面可操纵，可提升预制构件的作用集成化水平，减少预制构件总数，另外根据横截面配对还可完成电焊焊接精准定位；（4）具备挤压成型经济效益的商品，在热处理时效性后，竖向抗压强度特性（Rm，Rp0.2），远比别的方式生产加工的同行业要高；（5）挤压成型后商品表层颜色好，耐蚀性能好，不用做别的防腐蚀性的表层处理；（6）冲压加工协调能力大，工作服模貝低成本，工程变更花费低。

2.2  车辆用挤压成型铝合金型材运用案例

车辆用铝型材运用有：保险杆防撞钢梁、吸能盒、汽车车门防撞钢梁、车内仪表盘支撑架、前罩、窗框承重梁、热管散热器以及支撑架、输油管、滚动轨元器件、换热器的硫化橡胶三通接头等横截面一致且样子繁杂的预制构件。

如今汽车防撞梁一般应用钢制零件、钢制挤压成型件及其铝合金型材挤压成型铝型材，因为铝合金型材吸能效果非常的好，广泛运用于合资车系的保险杆防撞钢梁总程，中国自有品牌车系限于成本费以及他缘故，应用较少。湖南师范大学权威专家[2,3]对铝合金型材防撞钢梁总程干了有关的科学研究，研究表明：应用铝制防撞钢梁后较原钢制防撞钢梁品质缓解了25%，具备较高的抗弯曲强度，低速档碰撞测试标准下，铝合金型材前防撞钢梁较钢制件系统软件吸能实际效果提升45%。图1（a）为保险杆防撞钢梁总程。

应用铝合金型材较多的车体构造是，组成车平台式构造。主要是窗框承重梁，前罩等一部分，Audi A8铝合金型材件应用占车体铝合金型材占比的22%，A2车体约铝合金型材应用占比16%[4]。广东省豪美铝业公司股权有限责任公司专注于汽车新能源产品研发，已经干了早期的产品研发工作中，图1（b）是广东省豪美铝业公司股权有限责任公司制做的全铝车身。

3  铝合金型材汽车轻量化实际效果

车辆用铝型材的关键种类为传统式铝合金型材和泡沫塑料铝型材。传统式铝合金型材有铝合金铸造、形变铝合金型材、锻造铝合金、粉未冶金铝合金型材等各种类型，铝合金铸造现阶段大概占车辆用铝的80%。可以用铝合金型材替代不锈钢板材的汽车零部件关键有发动机油底壳、发动机支架、铝合金型材车轱辘、悬架系统零件、车体、保险杆、汽车车门、车内仪表盘支撑架、换热器这些。铝合金型材替代传统式的钢材生产制造汽车零部件，可使整车净重缓解30～40%，铝质的汽车发动机可减脂30%，铝制热管散热器比同样的铜工艺品轻40%，小汽车铝车体比不锈钢板材产品轻40%之上，车辆铝车轱辘可减脂30%上下，铝制发动机支架减脂了35%，表2为一些车系的发动机支架选用铝合金型材后减脂实际效果。

表2 一些车系选用铝合金型材发动机支架减脂实际效果

车系

发动机支架净重

选用铝合金型材后的净重

减脂实际效果

A520

7.5kg

4.5kg

40%

红旗轿车

8.2kg

5.5kg

40%

CV11

6.5kg

4.5kg

27.7%

CG-2

6.5kg

4.2kg

30%

铝合金型材替代传统式的钢材生产制造汽车零部件，除开可获得出色的汽车轻量化实际效果外，还能够完成省油降排的功效。车辆每应用1公斤铝，可减少自身重量2-2.5kg，减脂效用达到125%，在车辆全部使用期限内，可降低工业废气20kg。依据全球铝业公司研究会、欧州铝业公司研究会、美国铝业研究会协同授权委托IFEU德国海德堡义务有限责任公司电力能源与自然环境研究室的调研、科学研究結果可获得：不一样种类的车辆缓解10%自身重量，对省油实际效果有不一样实际效果。新能源客车每缓解自身重量10%，相匹配能省油5.7%；轻形商用汽车每缓解自身重量10%，相匹配能省油5.7%；中型货车每缓解自身重量10%，相匹配能省油5.7%；大城市客运车每缓解自身重量10%，相匹配能省油5.6%；车辆火车每缓解自身重量10%，相匹配能省油4%；大客车每缓解自身重量10%，相匹配能省油2.4%。

针对电瓶车来讲，其汽车轻量化工作中更加急切[5,6]。由于现阶段纯电动车的动力锂电池的企业能量密度与传统式车辆应用固体燃料的企业能量密度差别很大，纯电动车的动力装置（包含充电电池）的净重通常占整车净重30-40%，另外提升电池性能短板是难题，因而许多 专业人士觉得，在性能卓越新型电池沒有重大成果前，新能源车汽车轻量化是提升续航能力的重要途径。史践[5]等实验得到，原车体总程品质为1005kg，安裝有455kg的充电电池，其汽车轻量化减脂品质与里程数的关联，见下图2所显示。

铝合金型材的应用，促使车辆总体净重获得降低，可获得省油节能减排的实际效果。针对汽柴油车辆而言，每减脂一定品质，可得到到相对应占比的省油实际效果。针对纯电动车而言，汽车轻量化更急切，每减脂一定品质，续航能力获得不一样水平的提升。

4  铝合金型材普遍应用短板

4.1  铝合金型材尺寸工程缺乏经验

据统计，中国大部分汽车工业公司及汽车技术企业对铝合金型材特性并不可以非常好的操控，对全铝车身设计方案工作经验较少，就算是全球也仅有Audi、Jaguar和Honda发布过精准定位高档的全铝合金型材购车款。BMW也做了钢铝混和的尺寸工程，但主要的艰难是如何根据均衡车体前后左右的净重以提升安全性能能，这又毫无疑问扩大了设计方案的难度系数。

4.2  弯折生产加工与焊接工艺难度系数高

汽车零部件的维弯工艺流程是铝合金加工难度系数很大的工艺流程，特别是在以繁杂横截面铝型材3维弯折难度系数较大 ，一方面，要确保安裝及电焊焊接精密度，另一方面还需维持露出件的表层光滑度。铝合金型材的弯折主要是根据折弯、辊弯、拐弯抹角和折弯加工[7-8]等方法完成。在其中折弯加工是可完成铝型材3维弯折方便快捷方式，在铝型材折弯加工成型全过程中，顶端与底端承担地应力情况不一，高层受拉应力，最底层收压地应力，大横截面铝型材特别是在比较严重，这通常是危害铝型材折弯加工成型極限的首要条件。当弯曲半径过钟头，铝型材底端压地应力过大，非常容易发生发皱现况，乃至出模，小量褶皱可根据释放拉应力开展校准，这会对厚度及横截面形变。此外，铝型材3维弯折成本增加也是牵制其普遍应用的关键要素。

普遍的铝合金型材接口方式有：金属材料稀有气体电焊焊接（MIG焊接）、铆合、螺接及激光电焊焊接等方法。铝合金型材因为本身特点导致其电焊焊接难度系数较钢大：（1）溶点低且溶化全过程中沒有产生色调转变，非常容易焊穿；（2）铝合金型材导热系数大，是钢的3倍，因而电焊焊接同样薄厚的铝合金型材和钢，铝合金铸造必须的发热量更高；（3）铝合金型材受热变形及制冷全过程的收拢显著，非常容易在接头处发生地应力，连接头也非常容易产生形变；（4）铝合金型材非常容易被氧化，其空气氧化膜溶点约2050℃，这会危害电焊焊接品质。因为被焊接件多元性及连接头特性需提升，滚摺粘接、MIG激光器复合型电焊焊接及搅拌摩擦焊接均运用于铝合金型材的联接中，如Audi A8，大众phaeton D1全部汽车车门均应用激光器-Mig复合型焊接工艺。Mazda的RX-8的铝质发动机盖和汽车车门均应用FSW点电焊焊接[9]。

阻拦铝合金型材广泛运用的短板并不光只以上的设计方案工作能力缺乏、成形及电焊焊接难题，最关键的是自身铝合金型材的成本费比不锈钢板材高，另外新产品研发時间及花费及其中后期的修补维护保养也是关键要素。

5  小结

汽车新能源变成行业发展的主题风格，铝合金型材具备轻质、比强度高、耐蚀性能好等优势，是完成汽车新能源出色的原材料。文中融合了具体调研数据信息，详细介绍了铝合金型材汽车新能源的实际效果、铝合金型材的特性以及在汽车新能源行业中的运用，另外还强调了阻拦铝合金型材普遍应用的短板。汽车新能源变成行业发展的主题风格，铝合金型材具备轻质、比强度高、耐蚀性能好等优势。挤压成型是铝合金型材关键的生产加工方法，铝合金型材具有出色的物理性能，促使构件的横截面弯曲刚度提升，因而提升车体的刚度、减少其NVH特点、提升车子实时控制特点。另外因为横截面可变性，可完成多构件作用的复合型，因而铝合金型材是完成汽车新能源出色的原材料。铝合金型材的应用，可另外完成车辆减脂、省油节能减排及提升安全系数实际效果。但其广泛运用存有短板，主要是成本费、铝合金型材尺寸工程能力不足、弯折生产加工及电焊焊接难度系数大及中后期修补维护保养等要素。不容置疑，铝合金型材于车上运用范畴愈来愈广，使用量也日渐提升。在这里节能降耗、提升安全系数的行业发展时尚潮流中，有原因坚信，伴随着大家对铝合金型材的特性掌握深层次及铝合金型材运用难题合理处理，铝合金型材将广泛运用于车辆。