鋁合金材質(zhì)在汽車輕量化中的應(yīng)用及其成形技術(shù)探析

尚雪梅 任曉莉 韓海燕 康彥青

(西安交通大學(xué)城市學(xué)院，陜西 西安 710018)

0 前言

節(jié)能減排和降低能耗是汽車工業(yè)發(fā)展中亟待解決的重大課題。汽車輕量化是提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和節(jié)約能耗的重要手段之一。同時，汽車輕量化也是實現(xiàn)汽車環(huán)保和安全的重要途徑。汽車輕量化除了其結(jié)構(gòu)及零部件設(shè)計的優(yōu)化外，另一重要方面是汽車自身重量的減小，可考慮使用輕質(zhì)材料來代替目前使用最多的鋼鐵材料。其中，運(yùn)用最多的是鋁合金和鎂合金。前者具有密度低、比強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、耐腐蝕性強(qiáng)、塑性和加工性能好等一系列優(yōu)點，在汽車輕量化方面具有其他輕量化材料無可比擬的優(yōu)越性。近年來汽車工業(yè)中鋁合金材質(zhì)的應(yīng)用大幅增加，鋼材的占有量繼續(xù)下降 ，隨著材料科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，鋁合金材質(zhì)成形技術(shù)的進(jìn)步，鋁合金在汽車零部件生產(chǎn)中所占的比重會越來越大。

1 鋁合金材質(zhì)在汽車輕量化中的應(yīng)用

目前我國無論是載貨汽車還是轎車及微型客車的需求都在逐漸增大，對于節(jié)能減排的要求也越來越強(qiáng)烈。鋁合金因為其低密度、好加工、可回收等一系列優(yōu)點成為汽車使用材料的首選。目前汽車工業(yè)中使用的鋁合金材質(zhì)的種類很多，主要有Al—Si系、Al—Cu系、A1～Mg系、A1-Zn系、A1-Li系、Al—Re系等。實際生產(chǎn)中根據(jù)使用環(huán)境、零部件結(jié)構(gòu)以及工作條件等多選用鑄造鋁合金。比如Zl101A是在ZL101中添加元素Ti，細(xì)化晶粒，增強(qiáng)機(jī)械性能。其綜合性能高于Zl101、ZL102，并有較好的抗蝕性能，主要用于汽車缸體、缸蓋、輪轂等零件的制造。而ZL108由于含Si量較高，加入Mg、Cu、Mn，使材料耐磨性好，強(qiáng)度高，并具有較好的耐腐蝕性能，主要用在發(fā)動機(jī)活塞及其它要求耐磨的零件上。

由于汽車沖壓成形件大多形狀復(fù)雜，外形輪廓尺寸大，并且還往往兼有拉延、翻邊、彎曲等多道工序。在成形過程中板料上的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)很復(fù)雜，對尺寸精度和外觀質(zhì)量要求較高，因此變形鋁合金在汽車中的應(yīng)用也較多。變形鋁合金的機(jī)械性能優(yōu)良，有相當(dāng)于碳鋼的強(qiáng)度。

2 汽車用鋁合金零件成形工藝的探討

2．1 鑄造成形

鑄造是目前汽車用鋁合金生產(chǎn)的主要成形方式，80%的汽車用鋁合金都采用這種方式生產(chǎn)。鑄造成形有低壓鑄造、精密鑄造、重力鑄造、消失模鑄造、壓鑄及擠壓鑄造等。尤其采用壓鑄法生產(chǎn)的鋁合金零件，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成品率高，尺寸精度高，很適合于大批量生產(chǎn)。

2．2 壓力加工成形

壓力加工成形可以在鍛錘、曲柄壓力機(jī)、液壓機(jī)、頂鍛機(jī)及擴(kuò)孔機(jī)等各種鍛造設(shè)備上加工。采用壓力加工成形的鋁合金汽車零件有車頂蓬、發(fā)動機(jī)罩、車門、行李箱蓋、車身骨架及覆蓋件、地板、發(fā)動機(jī)散熱器、機(jī)油散熱器、車輪、冷凝器和蒸發(fā)器、座椅、保險杠以及車廂底板等。成形工藝可采用沖壓、擠壓、鍛造、軋制等。

2．3 半固態(tài)成形技術(shù)

鋁合金半固態(tài)成形技術(shù)是一種先進(jìn)成形技術(shù)，該工藝可以制造近終形制品。在成形前鋁合金已是固液兩相共存，這種形態(tài)易于均質(zhì)變形，且半固態(tài)漿料可以在填充時不發(fā)生紊流而平穩(wěn)充滿型腔。同時半固態(tài)金屬坯料的初生相為球狀，使其變形抗力顯著下降，得到的鑄件的加工性能和內(nèi)在質(zhì)量都優(yōu)于常規(guī)鑄件。半固態(tài)成形是介乎鑄造和鍛造之間的一種工藝過程，主要有兩種工藝：一種是將半固態(tài)金屬漿料在某一溫度條件下直接進(jìn)行半固態(tài)加工，即流變成形；另一種是將半固態(tài)漿料冷卻，使其凝固成坯料后，根據(jù)產(chǎn)品尺寸下料，再重新加熱使其呈現(xiàn)半固態(tài)，然后進(jìn)行成形加工，即觸變成形。半固態(tài)金屬成形能消除縮孔，減少凝固收縮，提高零部件尺寸精度和力學(xué)性能，延長模具使用壽命。目前，半固態(tài)成形技術(shù)正逐漸受到汽車制造廠商以及零部件配套生產(chǎn)廠商的重視。

2．4 擠壓鑄造

擠壓鑄造也是一種先進(jìn)的鑄造成形技術(shù)，又被稱為液態(tài)金屬模鍛。它是一種少或無切削加工的新工藝．具有節(jié)能、高效、短流程、高精度等特點。與傳統(tǒng)鑄造方法相比，擠壓鑄造所獲得的鑄件內(nèi)部致密、幾乎無縮孔、縮松、氣孔等缺陷，組織以細(xì)小的等軸晶為主，其機(jī)械性能優(yōu)良，適合進(jìn)一步的熱處理提高其力學(xué)性能。鑄件尺寸精度高、表面輪廓清晰，可較大幅度地減少機(jī)械加工。此外，該成形方法的的生產(chǎn)率高，無需澆注系統(tǒng)，可大量節(jié)約材料和能源消耗，是一種典型的節(jié)能減排型加工制造技術(shù)。目前，擠壓鑄造在國內(nèi)外都受到了普遍重視，對其所做的科學(xué)研究較多，其應(yīng)用也越來越廣泛。

3 結(jié)束語

針對目前汽車輕量化技術(shù)的迅猛要求，結(jié)合現(xiàn)代鋁合金成形技術(shù)的發(fā)展，探討了高強(qiáng)度、高性能、輕量化汽車用材料以及鋁、鎂、鈦合金在現(xiàn)代汽車的輕量化中的應(yīng)用。隨著汽車市場的發(fā)展，我國必須具有自主開發(fā)鋁合金原材料和先進(jìn)成形技術(shù)的能力，才能提高我國汽車工業(yè)的競爭力。同時，擴(kuò)大鋁合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，除了研究鋁合金材料的生產(chǎn)外，還應(yīng)加強(qiáng)鋁合金材料成形技術(shù)的研究。

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