欧吉光
广西南南铝加工有限公司 广西 南宁 530000
摘要：对于汽车轻量化一方面要在保证安全和性能的前提下给汽车“减肥”另一方面要降低油耗和排量实现节能减排。新材料的应用是汽车实现轻量化的关键为实现汽车轻量化目标世界各大汽车主机厂和材料厂家一直致力于轻量化材料的研发。从本田推出的全铝车身的NSX跑车到全铝车身的奥迪A8再到目前推出全铝车型最多的捷豹以及全球第一款使用铝合金材料达到50:50比例的混合动力汽车的宝马一时间铝合金无疑成为汽车减重材料的不二之选但随着碳纤维、塑料及复合材料的推广低密度塑料、微发泡塑料、碳纤/长玻纤增强复合材料等一系列高性能塑料及复合材料的开发和应用让汽车减重效果明显提升这些新材料必将成为未来汽车轻量化材料的新宠。专家预计到2020年汽车平均塑料用量将达到500kg/辆。
关键词：铝合金车身板材；汽车轻量化；应用
引言
中国汽车工业的飞速发展，在促进我国制造业发展和给人民生活带来方便的同时，油耗带来的资源消费问题和尾气排放带来的环境污染问题日益严重。随着节能减排的大力推行，加之环保政策力度的进一步加强，2016年底至2017年上半年持续放缓的汽车轻量化推进有了回升的态势。之前受阻于车用铝材成本高昂的汽车轻量化，在政策扶持、大环境发展趋势的双重驱动下重新成为了汽车行业的焦点。
1汽车轻量化发展现状
1.1铝合金
轻质金属铝合金在汽车领域的用量逐步增加，且种类多样化，是汽车轻量化的理想材料。铝合金拥有诸多优良性能，不仅耐腐蚀而且强度和刚度高，加工成型性良好，回收利用率高。铝合金一般分2种，以熔融金属充填铸型，获得各种形状零件毛坯的铝合金就是铸造铝合金；还有一种是变形铝合金，是将铝合金通过冲压、弯曲、轧、挤压等工艺使其组织、形状发生变化而成。铸造铝合金多用于重力铸造件和特种铸造件，变形铝合金多用于空调系统零件、行驶系部分零件、发动机冷却系统散热器件等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆制动卡钳、驱动轴及车轮等汽车零件一般采用铝基复合材料，这是一种由多种性质不同材料组成的复合材料。
1.2高强度钢板
高强度钢板性能大大优于一般的钢材，高强度钢板具有厚度薄、质量轻的特点，同时具有更高的强度保证车身安全性。在当前高科技新材料成本高、普及率低的背景下，并考虑综合性能，高强度钢板是车身轻量化的首选材料，主要应用于车辆的关键结构件，如地板、AB柱、门槛等。宝马部分车型中的B柱、中通道、车门防撞杆、地板均采用高强度钢。
1.3复合材料
复合材料是由至少2种不同材料通过先进的材料制备技术组合而成的新材料。组合优化后，其综合性能比单一的原组成材料更加优异，能满足不同的要求。如碳纤维复合材料是汽车轻量化应用中比较典型的复合材料，耐腐蚀、质量轻、高模量而且强度是钢的5倍。由于该材料的优良性能，其在汽车市场已经得到了广泛推广，但是该材料成本较高，最初仅在超级跑车、F1赛车、小批量车型上应用，在汽车中的应用有限。随着复合材料制造工艺的成熟，碳纤维制造成本有所下降，如今已推广至高级轿车上。
1.4热塑性塑料
热塑性塑料主要应用在汽车的后尾门，市场上比较典型的应用是雷诺汽车的后尾门，其比钢制后尾门减重10%，不仅能降低生产成本，并且注塑、组装工艺简单，装配效率高。
2铝合金材料的特点及性能优势
铝合金是地壳中含量最多的金属元素，它具有一系列的优良性能，比如低密度、高比强度、良好的成形性能及工艺性能等，更重要的是铝合金的回收再利用性非常好，具有较高的回收率。低密度让铝合金比合金钢更具优势。铝合金在强度和刚度方面明显要低于钢板，但是铝合金可以通过加厚和优化设计来提高强度和刚度，最终达到与钢板一样的水平。由于铝合金的密度要远远低于钢铁，所以即使增加厚度，铝合金构件的减重效果仍然非常明显。数据资料显示，同刚度下，铝合金减重效果可达50%。
目前，随着汽车保有量的不断增加和人们环保意识的逐渐增强，报废汽车的回收和再生越来越受到关注。铝制品的性能优势决定了铝具有较高的回收价值率，可达到80%左右，并且铝材是对环境完全无害的绿色材料。优越的性能决定了铝合金材料在汽车轻量化领域中的重要地位。
3铝合金车身板材在汽车轻量化中的应用
3.1汽车用铝合金车身板应用现状
铝合金在车身上的应用是从发动机罩和行李箱盖开始，由于铝合金轻量化效果明显，并具有质量轻、抗腐蚀能力强、耐用性好及减少行人撞击伤害等显著优点，促使铝合金在车身上的应用逐步扩大。用于汽车车身板的铝合金主要有2000系、5000系、6000系、7000系合金。其中5000系、6000系最适合代替钢板；5000系（Al-Mg）是热处理不可强化合金，通过Mg元素产生固溶强化效应，使其成形性和抗腐蚀性能提高，但该系合金只能采用加工硬化方式来提高强度。使用状态多为退火态，常用于汽车内板等形状复杂的部位，如汽车发动机内盖板。该系合金能在淬火后较低屈服状态下供货，具有良好的冲压性能，并能在最终的烤漆处理中进一步实现强化，适用于外板等强度、刚度要求高的部位，主要用于汽车外覆盖件。目前使用较多的6000系合金主要有AA6111、AA6022（北美车企使用），AA6016（欧洲车企使用），AA6016、AA6022、AA6111（日本车企使用）。国内应用情况例如，江淮汽车车身用铝板包含5182和6106铝合金，它们分别用于发盖内板和发盖外板，厚度分别为1.0mm和1.2mm。
3.2铝合金材料在汽车生产中的应用所存在的障碍
经过对铝合金材料不断研究，在汽车制造过程中其使用量明显增加，但与钢的用量相比还存在一定的差距，阻碍铝材质应用推广的主要因素有以下几点：
（1）铝材具有较高的生产成本；
（2）增加使用维修成本。在使用过程中若铝合金车身遇到损坏，需要更高的专业化技能和装备维修水平，甚至需要更换受损的零部件，这些都增加了用户的使用维修成本。
（3）铝材技术工艺研究不深入，需增加研发费用。若使用铝合金板材代替钢板，汽车或汽车零部件生产企业势必要进行新的生产工艺和流程的研发，需大量资金投入。而且新产品的批量生产还需要进行大量实验来验证，必要时可能还要更换企业现有的生产设备、模具等，同时采用一套全新技术标准。这样会使车企风险和成本增加，导致在制作铝车身初期，效率降低，且产品质量和精度也难以保证。
结语
汽车减重显然能带来很多的好处，但从目前市场表现来看，我国的轻量化技术起步较晚，缺乏经验，仍未建立起完善的产业链。在汽车轻量化之路上，仍然面临着众多难题。当前，随着新能源汽车的发展，轻量化更是重中之重。铝合金材料以其自身优势必将在汽车轻量化发展中发挥重要作用。作为铝加工企业，应将汽车用铝合金板的生产成本作为关注焦点，重点从生产工艺、设备和管理等多角度制定降低成本措施，为铝板材的大批量生产与应用打下良好基础。
参考文献
[1]王祝堂，张新华.汽车用铝合金[J].轻合金加工技术，2011,39（2）：1-13.
[2]张毅，连昌伟.铝板在车身覆盖件冲压生产中的关键技术[J].锻压技术，2015,1（40）：48-51.
[3]王茵，张海文.金属基复合材料在汽车工业上的应用[J].贵阳金筑大学学报，2004，（2）：120-122.
论文作者:欧吉光
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/28
标签：铝合金论文; 汽车论文; 车身论文; 轻量化论文; 材料论文; 复合材料论文; 性能论文; 《防护工程》2018年第24期论文;