高真空壓鑄鋁合金車身應(yīng)用部位推薦研究＊

張順，魯后國，闞洪貴

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

近年來，隨著汽車輕量化發(fā)展及車身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件性能需求，國外鋁合金高真空壓鑄件在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，而國內(nèi)由于技術(shù)能力的限制，目前應(yīng)用較少，本文主要通過國外先進(jìn)車型應(yīng)用現(xiàn)狀，進(jìn)行總結(jié)歸納，為國內(nèi)設(shè)計人員提供應(yīng)用推薦。

1 鋁合金高真空壓鑄件特點

相對鋼制結(jié)構(gòu)（沖壓+焊接），鋁合金鑄件具備：輕量化、模塊化、高剛性、高精度、結(jié)構(gòu)自由等優(yōu)勢。

1.1 輕量化

由于鋁合金的密度約為2.7kg/cm3，而鋼的密度為7.86kg/cm3，鋁合金的密度僅為鋼制件的1/3。由鋁合金件替換鋼制結(jié)構(gòu)在滿足等剛度、等強度的條件下，理論上可實現(xiàn)45%以上的減重。由于鋁合金材料的彈性模量僅為鋼的 1/3，因此在實際工程應(yīng)用中，鋁合金件替換鋼制結(jié)構(gòu)一般可達(dá)到30%以上的減重。鋁合金件替換鋼制結(jié)構(gòu)的理論計算過程詳見下圖1所示。

圖1 鋁合金替換鋼制結(jié)構(gòu)的理論計算過程

1.2 模塊化

采用鋁合金壓鑄件設(shè)計方案替換原鋼制結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)高度模塊化集成設(shè)計，有效減少零部件數(shù)量，如下圖2所示，Audi公司在2011年度ECB（Euro Car Body）會議上發(fā)布2011款 A6車型的前減震器塔使用鋁合金高真空壓鑄件設(shè)計，實現(xiàn)10個沖壓件集成為1個鑄件，且實現(xiàn)單車10.9kg的減重。

圖2 2011款A(yù)UDI A6 前減震器塔壓鑄件設(shè)計實例

1.3 高剛性

由于采用鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得零部件可以在需要結(jié)構(gòu)加強的部位設(shè)計結(jié)構(gòu)加強筋，同時鑄件的基本料厚較鋼制沖壓件普遍高約2-3倍，因此鋁合金鑄件相對原鋼制沖壓件在厚度和結(jié)構(gòu)方面均具備優(yōu)勢，盡管鋁合金材料的彈性模量僅為鋼的1/3，鋁合金鑄件相對鋼制沖壓件而言具備較大的優(yōu)勢。如下圖3所示，Jaguar公司在2014年度ECB會議上的F-TYPE車型文件明確指出通過采用鋁合金鑄件方使得前部剛度提升達(dá)30%。

圖3 Jaguar F-TYPE 鋁合金鑄件應(yīng)用實例

1.4 高精度及結(jié)構(gòu)自由

從工藝角度分析，鑄造工藝可以實現(xiàn)復(fù)雜形狀零部件的制作，而沖壓工藝則無法實現(xiàn)；同時鑄造工藝可以實現(xiàn)高精度等級的零部件的制作。如下圖4所示，BMW公司在2015年度ECB會議上發(fā)布的2015款 7系車型文件中明確指出通過在后地板縱梁上使用鋁合金壓鑄設(shè)計方案，使得后地板縱梁總成由18個件減少為1個鑄件，且由于采用鑄造工藝似的精度得到有力保證。

圖4 2015款BMW 7系鋁合金鑄件應(yīng)用實例

2 鋁合金高真空壓鑄件應(yīng)用情況

通過近十年ECB發(fā)布的車型的資料進(jìn)行解讀，和對行業(yè)主流的鋁合金鑄件應(yīng)用典型車型的技術(shù)資料進(jìn)行 BenchMar-king分析，統(tǒng)計鋁合金高真空壓鑄件應(yīng)用情況如下表1所示。

表1 行業(yè)內(nèi)主流車型鋁合金鑄件的應(yīng)用的統(tǒng)計表

從上表1的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：

1）鋁合金鑄件已經(jīng)成為復(fù)合材料車身、全鋁車身、鋼鋁混合車身的必備部件，甚至已在部分高端的鋼制車身應(yīng)用，如Volvo XC90在全車鋁合金應(yīng)用僅為8%的情況下，在其前減震器塔上應(yīng)用鋁合金壓鑄方案，Volvo V90亦是如此。

2）整體而言，鋁合金鑄件主要應(yīng)用在下車體上，最為典型的部件為前減震器塔、后減震器塔和后縱梁；上車體應(yīng)用鑄件的車型逐步增多，典型部件為A柱模塊以及A/C/D柱上接頭等件。

3 典型應(yīng)用車型

3.1 Audi A8 2017款

圖5 Audi A8 2017款應(yīng)用實例

Audi A8 2017款為多材料復(fù)合車身，其車身鋁合金高真空壓鑄件主要應(yīng)用在前減震器塔、后地板縱梁、后減震器塔、發(fā)艙縱梁后端、發(fā)艙縱梁后端等車身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，如圖5所示。

3.2 Jaguar XJ 2009款

Jaguar XJ 2009款為全鋁車身，其車身鋁合金高真空壓鑄件主要應(yīng)用在前減震器塔、后縱梁后段、后減震器塔、中央通道加強板等車身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，如下圖6所示。

圖6 Jaguar XJ 2009款應(yīng)用實例

4 鋁合金高真空壓鑄件應(yīng)用部位推薦

根據(jù)以上結(jié)論分析，結(jié)合國內(nèi)自主品牌車型應(yīng)用現(xiàn)狀，對于車身用鋁合金高真空壓鑄件應(yīng)用推薦如下表2所示：

表2 鋁合金高真空壓鑄件典型應(yīng)用部位推薦表