汽車鋁合金開發(fā)與應(yīng)用

汪文芳，孫成武

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汽車鋁合金開發(fā)與應(yīng)用

汪文芳，孫成武

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹了鋁合金輕量化技術(shù)的國(guó)際國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，為了滿足最新的油耗限值指標(biāo)，在不降低關(guān)鍵性能的前提下，鋁合金技術(shù)的開發(fā)越來越多的應(yīng)用在汽車各類零部件上。文章重點(diǎn)介紹了鋁合金在發(fā)蓋、頂蓋、防護(hù)及貨廂上的應(yīng)用成果，推動(dòng)了企業(yè)鋁合金技術(shù)在汽車上的發(fā)展成熟。

鋁合金；輕量化；汽車

引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各國(guó)對(duì)汽車節(jié)能、安全、環(huán)保等要求不斷提升，輕量化技術(shù)、材料、工藝的研究和開發(fā)已經(jīng)成為世界各大汽車生產(chǎn)廠家提高競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵之一。

鋁合金作為關(guān)鍵的輕量化材料，其密度僅為鋼的1/3，被各大汽車企業(yè)用于替換原有的鋼制件。在不降低零部件性能的前提下，鋁合金替代傳統(tǒng)鋼制零部件可以實(shí)現(xiàn)約30%以上的減重。根據(jù)汽車咨詢機(jī)構(gòu)Duckers調(diào)查，北美、歐盟、日本單車用鋁分別高出中國(guó)47%、24%、15%，且持續(xù)增長(zhǎng)。隨著鋁合金制造技術(shù)的發(fā)展、鋁合金板性能的提升，鋁合金在國(guó)外汽車實(shí)現(xiàn)成熟應(yīng)用，如奧迪R8以及捷豹路虎等車型采用全鋁車身。目前，國(guó)內(nèi)自主品牌汽車企業(yè)展開鋁合金的應(yīng)用開發(fā)工作，其中上汽榮威950車型的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋采用鋁合金，長(zhǎng)城、吉利等車企將在下一代車型上應(yīng)用鋁合金。

1 汽車市場(chǎng)分析

相關(guān)預(yù)測(cè)，2020年前國(guó)內(nèi)乘用車復(fù)合增速為7%，在結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域運(yùn)用鋁合金材料的帶動(dòng)下，歐美單車用鋁維持增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)單車用鋁在2020年趨近于歐美，即在178kg左右，鋁鑄件價(jià)格不變，即維持在3.5萬—4萬元/噸。2014年國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)汽車鋁件市場(chǎng)空間約607億元，保守估計(jì)到2020年國(guó)內(nèi)汽車鋁件市場(chǎng)空間可達(dá)1622億元。此外，微型電動(dòng)車用鋁將由2014年的3億元增長(zhǎng)至2020年的268億元。綜合來看，2020年國(guó)內(nèi)汽車用鋁的市場(chǎng)規(guī)模將由610億元增長(zhǎng)至1899億元。根據(jù)國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)交流，國(guó)內(nèi)各大汽車企業(yè)已經(jīng)啟動(dòng)鋁合金的應(yīng)用研究。

1.1 消費(fèi)特征(需求)分析

汽車輕量化的主要目標(biāo)是保證汽車的碰撞安全性及舒適性的前提下減輕汽車自重。國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)對(duì)減輕汽車自重與降低油耗之間的關(guān)系做了大量的研究。研究表明，對(duì)于轎車，每減重10%油耗可以降低；對(duì)于16-20t的載貨汽車，每減少本身重量1000kg，則可降低油耗6%左右。鋁合金作為關(guān)鍵的輕量化材料，可實(shí)現(xiàn)30%以上的減重，在國(guó)外汽車行業(yè)內(nèi)已經(jīng)成熟應(yīng)用，并取得了市場(chǎng)的認(rèn)可。

隨著汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，汽車競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，用戶越來越關(guān)注汽車的節(jié)能、安全等性能。為滿足市場(chǎng)用戶的需求，提升公司產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，要求我們開展鋁合金的開發(fā)與運(yùn)用技術(shù)研究工作。

1.2 主要企業(yè)分析

1.2.1 吉利汽車

吉利汽車已開始啟動(dòng)鋁合金應(yīng)用的技術(shù)研究工作。目前，已完成鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)蓋設(shè)計(jì)開發(fā)研究工作，同時(shí)開始微型新能源全鋁車身研發(fā)設(shè)計(jì)工作。

1.2.2 長(zhǎng)安汽車

長(zhǎng)安汽車于2014年完成承接中國(guó)汽車輕量化聯(lián)盟形變鋁合金應(yīng)用技術(shù)的研究項(xiàng)目，完成鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的研制，并應(yīng)用到逸動(dòng)混合動(dòng)力車型上，實(shí)現(xiàn)減重7.92kg，減重率為42%。

1.2.3 五十鈴汽車

日本作為一個(gè)最為注重節(jié)能的國(guó)家之一，其五十鈴汽車作為商用車的代表，對(duì)整車降重極其注重。除氣缸體、氣缸蓋、離合器殼、車輪盤、進(jìn)氣管和變速器殼等鑄造鋁合金件的使用外，還在貨箱和防護(hù)欄等較大尺寸零部件上使用鋁合金型材，從而有效降低整車重量。五十鈴700P輕卡運(yùn)用全鋁廂式貨廂，比同尺寸鋼質(zhì)貨廂減重50%—60%，鋁合金擠壓型材后防護(hù)欄減重40%。由此可見，鋁合金在汽車上的應(yīng)用對(duì)五十鈴汽車節(jié)能減排意義舉足輕重。

1.2.4 福田汽車

國(guó)內(nèi)汽車對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)度材料的運(yùn)用尚處于初期階段，大尺寸型材鋁合金的運(yùn)用鮮有涉獵，然而福田汽車卻已經(jīng)嘗試在前下防護(hù)和后防護(hù)欄與遼寧忠旺鋁業(yè)展開合作。對(duì)原鋼質(zhì)防護(hù)欄進(jìn)行有限元模擬，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)重量降低50%以上。

2 技術(shù)定位

鋁合金在國(guó)外汽車行業(yè)已經(jīng)成熟運(yùn)用，在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)處于應(yīng)用研究的初期階段。由于鋁合金本身存在延伸率低、屈強(qiáng)比大、塑性應(yīng)變比小等常溫成形性問題以及鋁合金零部件抗凹性差、表面質(zhì)量差、回彈大等成形精度問題（如下圖一所示），價(jià)格是鋼板的4倍以上，國(guó)內(nèi)鋁板無法達(dá)到汽車板的成型要求，鋁合金在國(guó)內(nèi)暫無規(guī)模化的應(yīng)用。

圖1 鋁合金板的成形難點(diǎn)

因此，鋁合金開發(fā)與運(yùn)用技術(shù)處在國(guó)內(nèi)的領(lǐng)先水平。

3 技術(shù)開發(fā)

3.1.1鋁合金發(fā)蓋、頂蓋開發(fā)與運(yùn)用

1）完成了某電動(dòng)車型鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)外板、頂蓋的性能指標(biāo)設(shè)定、方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)大綱編制及試驗(yàn)驗(yàn)證；

2）建立了鋁合金覆蓋件設(shè)計(jì)規(guī)范，形成鋁合金覆蓋件設(shè)計(jì)能力；

3）在不降低性能的前提下，鋁合金覆蓋件替換傳統(tǒng)鋼制覆蓋件，實(shí)現(xiàn)減重率≥40%，成本增加≤150%。

3.1.2鋁合金前下防護(hù)開發(fā)與運(yùn)用

1）完成重卡新一代鋁合金前下防護(hù)的性能指標(biāo)設(shè)定、方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)大綱編制及試驗(yàn)驗(yàn)證；

2）建立鋁合金前下防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范，形成鋁合金前下防護(hù)設(shè)計(jì)能力；

3）在不降低性能的前提下，鋁合金前下防護(hù)替換傳統(tǒng)鋼制前下防護(hù)，實(shí)現(xiàn)減重率≥50%，成本增加≤50%。

3.1.3 鋁合金后防護(hù)開發(fā)與運(yùn)用

1）完成了某車型鋁合金后防護(hù)的性能指標(biāo)設(shè)定、方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)大綱編制及試驗(yàn)驗(yàn)證；

2）建立了鋁合金后防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范，形成鋁合金后防護(hù)設(shè)計(jì)能力；

3）在不降低性能的前提下，鋁合金后防護(hù)替換傳統(tǒng)鋼制后防護(hù)，實(shí)現(xiàn)減重率≥50%，成本增加≤30%。

3.1.4 鋁合金貨箱開發(fā)與運(yùn)用

1）完成了某車型合金貨箱的性能指標(biāo)設(shè)定、方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)大綱編制及試驗(yàn)驗(yàn)證；

2）建立了鋁合金貨箱設(shè)計(jì)規(guī)范，形成鋁合金貨箱設(shè)計(jì)能力；

3）在不降低性能的前提下，鋁合金貨箱替換傳統(tǒng)鋼制貨箱，實(shí)現(xiàn)減重率≥30%，成本增加≤110%。

4 總結(jié)

國(guó)外汽車行業(yè)已經(jīng)成熟運(yùn)用鋁合金材料，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)也開啟了鋁合金材料的應(yīng)用技術(shù)研究工作，且部分自主品牌汽車企業(yè)將在其下一代車型中應(yīng)用鋁合金材料。國(guó)內(nèi)鋁板廠家也在積極開發(fā)汽車用鋁板，助力鋁合金材料的汽車應(yīng)用。

Development and application of automobile aluminum alloy

Wang Wenfang, Sun Chengwu

（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

This article introduced the current situation and development trend of aluminum alloy lightweight technology in china and abroad. In order to meet the latest fuel consumption limit index, the development of aluminum alloy technology is more and more applied to various parts of automobiles without reducing the key performance. The application results of aluminum alloy on hood, top cover, protection and cargo compartment are emphatically introduced, which promotes the development and maturity of aluminum alloy technology in automobiles.

Aluminium alloy; Lightweight; Automobile

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1671-7988(2018)18-258-02

U445

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CLC NO.: U445

汪文芳，女，(1983-），湖北省襄陽市人，2010年7月1日畢業(yè)于武漢理工大學(xué)、工學(xué)碩士學(xué)位、工程師、目前在安徽江淮汽車技術(shù)中心工作，崗位項(xiàng)目管理主管，研究方向是項(xiàng)目管理。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.090