鋁合金板材在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用探究

王歡

重慶科技學(xué)院 重慶市 401331

在經(jīng)濟(jì)全球化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度飛快的時(shí)代背景下，環(huán)境污染問題以及能源枯竭的問題成為制約國家持續(xù)性發(fā)展的重要因素。而在世界汽車工業(yè)方面，對于汽車的節(jié)能環(huán)保性生產(chǎn)也更加重視，汽車的輕量化發(fā)展成為各類型大廠，汽車企業(yè)提升自主競爭力的核心途徑。隨著汽車輕量化這一概念被提出，許多輕量化的新型材料被研究和應(yīng)用在汽車工業(yè)生產(chǎn)過程中，同時(shí)，也成為了近年來汽車工業(yè)發(fā)展過程中關(guān)注的熱點(diǎn)問題。其中，鋁合金板材在應(yīng)用過程中具有密度較小、強(qiáng)度較高、抗沖擊性能好、表面衣著色以及回收利用效率較高等優(yōu)勢，這些獨(dú)特的應(yīng)用與優(yōu)勢，也讓鋁合金板材成為汽車輕量化發(fā)展最為理想的材料，并且相比于其他輕量化新型材料來說鋁合金板材在應(yīng)用過程中具有成本投入較小、應(yīng)用范圍較廣等優(yōu)勢。在全國汽車結(jié)構(gòu)中，白色車身的汽車占全國汽車總比的30%，如果采用鋁合金板材覆蓋汽車面積，能夠使整車的重量減輕改為漢字?jǐn)?shù)字到15%，由此可見，鋁合金板材在汽車工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用成效是十分顯著的。除此之外，鋁合金板材還具有良好的抗震性能，能夠確保汽車在碰撞過程中駕駛?cè)藛T的安全性，同時(shí)，應(yīng)用鋁合金板材的車身質(zhì)量下降，在發(fā)生碰撞時(shí)汽車產(chǎn)生的動能也會減小，極大地降低了汽車碰撞對于駕駛員帶來的沖擊力。總而言之，采用鋁合金板材作為汽車覆蓋件的新型應(yīng)用材料，在推動汽車的輕量化發(fā)展以及環(huán)?；l(fā)展方面都具有較為廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

1 鋁合金板材自身的特色以及在汽車輕量化中的應(yīng)用特性

鋁合金是地殼中含量最多的一種金屬元素，鋁合金板材通過相應(yīng)的工藝加工技術(shù)，能夠形成密度較低、強(qiáng)度較高、抗沖擊性能較強(qiáng)的理想型汽車覆蓋材料，同時(shí)鋁合金材料還具有回收利用效率較高的優(yōu)勢，極大的符合了目前汽車行業(yè)節(jié)能環(huán)保化、可持續(xù)發(fā)展化的方向。密度較低的金屬元素讓鋁合金相比于合金鋼鐵材料來說更具優(yōu)勢，鋁合金材料在強(qiáng)度以及鋼硬度方面明顯要低于鋼鐵材料，但是鋁合金材料可以通過加厚設(shè)計(jì)或優(yōu)化設(shè)計(jì)來提升自身的強(qiáng)度和硬度，使鋁合金板材也能夠達(dá)到與鋼鐵板材同樣的硬度水平。由于鋁合金屬元素的密度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼鐵元素，因此，即使不斷增加鋁合金板材的厚度，鋁合金金屬構(gòu)件的輕量化效果依然非常顯著。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)證明，在相同的鋼硬度條件下鋁合金材料的減重效果能夠達(dá)到50%。目前，隨著國家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展以及人均持車輛的不斷增加，人們的環(huán)保意識也在被逐漸喚醒，而對于報(bào)廢汽車回收以及報(bào)廢汽車材料再利用的研究也得到了社會各界的廣泛關(guān)注。鋁合金材料的性能優(yōu)勢決定了鋁合金板材具有較高的回收利用價(jià)值，其回收利用率可高達(dá)80%左右，并且鋁合金材料并不會對周邊自然環(huán)境帶來污染，可以說是真正意義上的綠色汽車制造材料。

鋁合金材料在汽車工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用能夠達(dá)到汽車輕量化的目的，在減輕汽車車身重量的同時(shí)，還能夠保障汽車外殼的強(qiáng)度以及安全性能，有助于幫助汽車減少燃料的消耗，降低汽車尾氣對于周邊大氣環(huán)境帶來的污染程度。首先，鋁合金板材在汽車生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用能夠起到顯著的減重效果，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車重量每降低10%，汽車燃油的利用效率就能夠提高6%，與此同時(shí)，對于汽車零部件中變速器等其他裝置的輕量化處理也能夠有效地提升汽車零部件的傳動效率，進(jìn)一步加大汽車對于燃油的利用效率。其次，對于鋁合金材料的應(yīng)用，還能夠有效地提升汽車行駛過程中的安全性能。鋁合金材料的應(yīng)用是汽車車身的質(zhì)量不斷減輕，有效地提升了汽車的制動性能，同時(shí)，汽車質(zhì)量在減輕的條件下汽車只需要承受較低的牽引負(fù)荷，避免汽車碰撞時(shí)大量沖擊力為駕駛?cè)藛T帶來的危害。第三，鋁合金材料的應(yīng)用還能夠提升新能源汽車的續(xù)航里程。新能源汽車主要以電力能源作為驅(qū)動汽車的核心能源，而新能源汽車的輕量化，包括了車身的輕量化、電池的輕量化以及內(nèi)部零部件的輕量化等等。新型鋁合金輕量化材料在新能源汽車中的應(yīng)用，能夠在維持新能源汽車原有外殼鋼強(qiáng)度的條件下，幫助新能源汽車提升續(xù)航里程[1]。

目前，在能源緊缺以及環(huán)境污染嚴(yán)峻的背景條件下，新能源汽車的開發(fā)已經(jīng)成為未來大廠汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。而純電動汽車也是目前最具價(jià)值和發(fā)展前景的產(chǎn)品，對于純電動汽車來說，汽車車身的質(zhì)量每減少100千克，其續(xù)航里程就能夠增加10%，同時(shí)，還能夠節(jié)約15%到20%的電池成本，極大地解決了人們在新能源汽車電池續(xù)航里程方面的顧慮。如果在新能源汽車的車身上使用鋁合金板材輕量化技術(shù)，新能源汽車的車身重量將會減輕10%，極大地幫助新能源汽車減少了電力的消耗并增加了續(xù)航里程。因此，鋁合金板材在汽車的輕量化發(fā)展以及環(huán)保性發(fā)展方面具有極大的應(yīng)用價(jià)值。

2 鋁合金板材在國內(nèi)汽車生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問題

雖然鋁合金板材具有供應(yīng)充足、回收利用效率較高等優(yōu)勢，尤其是在汽車的輕量化發(fā)展方面還具有極高的應(yīng)用價(jià)值，但是目前國內(nèi)對于鋁合金板材制造汽車車身的研發(fā)和應(yīng)用還沒有大規(guī)模的展開，鋁合金板材在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用還存在一系列問題。

2.1 缺乏自主創(chuàng)新性

國內(nèi)關(guān)于鋁合金板材在汽車制造中的應(yīng)用多數(shù)是基于既有牌號的鋁合金板材，并沒有研發(fā)出獨(dú)具自身特色的創(chuàng)造性鋁合金材料，而鋁合金材料在國內(nèi)汽車生產(chǎn)企業(yè)中大多數(shù)被應(yīng)用在汽車的覆蓋面上，相比于歐美以及國外主要汽車生產(chǎn)企業(yè)之間還存在較大的差距。因此，我國必須要進(jìn)一步加快對于新型鋁合金板材在汽車覆蓋件方面的研究和應(yīng)用，盡早研發(fā)出具有我國獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型鋁合金車身金屬板材[2]。

2.2 鋁合金板材的生產(chǎn)工藝不夠完善

目前，我國的鋁合金加工廠對于生產(chǎn)車身覆蓋件的鋁合金板材方面經(jīng)驗(yàn)不足，只能夠生產(chǎn)少數(shù)具有排號的車用鋁合金金屬板材。例如，東北的輕合金加工轎車車門鎖采用的5754鋁合金板材就屬于少數(shù)排號汽車專用鋁合金板材之一。而對于其他品牌或其他牌號的鋁合金板材生產(chǎn)工藝，還沒有完全的開發(fā)出來，同時(shí)，我國所生產(chǎn)的鋁合金板材材料在應(yīng)用性能方面，相比于西方發(fā)達(dá)國家來說還存在一些問題。例如，目前國內(nèi)生產(chǎn)的鋁合金板材在抗失效穩(wěn)定性、應(yīng)用強(qiáng)度、抗凹陷性能方面都不能滿足作為車身覆蓋件的需求。與此同時(shí)，鋁合金板材在車身覆蓋件中的應(yīng)用還存在力學(xué)性能不均勻、各項(xiàng)異性較大、被強(qiáng)大沖擊力沖擊時(shí)可能會出現(xiàn)裂口的隱患。除此之外，由于我國研發(fā)的鋁合金板材車身覆蓋件質(zhì)量問題，在涂漆后還存在光澤不均勻的現(xiàn)象，產(chǎn)品在尺寸精確度、綜合使用性能方面都不夠穩(wěn)定，甚至存在同一批生產(chǎn)材料使用性能偏差性較大的問題[3]。

2.3 鋁合金板材的研發(fā)體系不夠完善

近年來，雖然業(yè)界專家以及行業(yè)學(xué)者開始研究一系列關(guān)于鋁合金板材的項(xiàng)目，例如，對鋁合金板材中加入不同的稀土元素，分析不同稀土元素與鋁合金元素是效特性間的關(guān)系?；蜓芯坎煌慕饘倥浔纫约盁崽幚砉に噷︿X合金板材使用性能以及力學(xué)性能的影響等等，但是這些研究工作均沒有得到系統(tǒng)化的建設(shè)和發(fā)展，研究的成果也未經(jīng)成熟，還不能夠應(yīng)用在車輛的制造過程中[4]。

3 鋁合金板材在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用

國外研究鋁合金板材在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用更加重視，對于6000系列的鋁合金板材開發(fā)和研究，例如，許多歐洲國家在汽車覆蓋件的生產(chǎn)過程中，應(yīng)用的是成型性能較好的6016鋁合金材料，而很多北美國家在汽車生產(chǎn)工藝中應(yīng)用最為廣泛的是強(qiáng)度較高的611鋁合金板材以及抗腐蝕性能較強(qiáng)的6022鋁合金板材[5]。在日本的汽車廠家生產(chǎn)過程中，最為常見的鋁合金板材是6016和6022鋁合金板材，并且這些鋁合金板材，多數(shù)被應(yīng)用在汽車的覆蓋件制造方面。例如，福特汽車的T系列、法拉利汽車的360賽車、捷豹汽車的NEWXJ、奧迪A8等汽車的車身都有對鋁合金板材的應(yīng)用，而鋁合金板材在這些汽車中的應(yīng)用，多數(shù)被應(yīng)用在車頂、行李箱、以及車門等部位[6]。

目前，我國已經(jīng)生產(chǎn)出5000系列的鋁合金板材，也被廣泛地應(yīng)用在汽車生產(chǎn)制造過程中。例如5754鋁合金板材就被廣泛地應(yīng)用在國產(chǎn)汽車的車門構(gòu)建中，5754鋁合金板材具有應(yīng)用質(zhì)量穩(wěn)定、成材率較高的特征，當(dāng)前，5000系列的鋁合金板材已經(jīng)被應(yīng)用在我國首次批量生產(chǎn)的小轎車模板中[7]。除此之外，中國礦業(yè)大學(xué)也對6000系列鋁合金板材進(jìn)行了進(jìn)一步的改造和優(yōu)化，當(dāng)前，6000系列的鋁合金板材已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在長安汽車的生產(chǎn)制造過程中，6000系列的鋁合金板材主要被應(yīng)用在汽車的發(fā)動機(jī)覆蓋件上，其成品率高達(dá)90%。在2009年6000系列的鋁合金板材已經(jīng)開始被推廣應(yīng)用到汽車車身身板的應(yīng)用過程中，并且實(shí)現(xiàn)了汽車車身的批量生產(chǎn)應(yīng)用，這也是我國首次采用鋁合金板材生產(chǎn)汽車車身板，打破了傳統(tǒng)汽車車身板生產(chǎn)過程中從國外引進(jìn)板材的局限性。近年來，隨著我國對鋁合金板材生產(chǎn)技術(shù)的不斷研究，當(dāng)前，應(yīng)用我國的鋁合金金屬板材所生產(chǎn)出的汽車車身版無論是在表面質(zhì)量還是使用性能方面，都已經(jīng)能夠與國外生產(chǎn)的鋁合金板材產(chǎn)品相媲美[8]。

除此之外，鋁合金板材在客車的生產(chǎn)和應(yīng)用中也較為廣泛。例如，在2008年我國鄭州市的宇通研發(fā)起正式研發(fā)出新型的公交客車，這種公交客車的車身就應(yīng)用了鋁合金板材，創(chuàng)造了我國國內(nèi)首款全鋁車身、節(jié)能環(huán)保型的客車。在此之前，我國的客車車門多數(shù)是鋼鐵材料所制成的，鋼鐵材料制成的客車車門具有質(zhì)量較大的缺陷性，每一個(gè)車門的重量高達(dá)二十二十七公斤，但是采用全鋁合金板材制造的客車，車門重量只有十公斤，相比于傳統(tǒng)的汽車車門來說質(zhì)量減輕了一半以上，同時(shí)整體車身的重量也比傳統(tǒng)的客車重量降低了一半以上，而鋁合金板材在客車車身中的應(yīng)用，既達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目的還是有效地提升了客車出行的安全性。

在未來，我國對于鋁合金板材的研究將會不斷地融入其他復(fù)合材料，以鋁基復(fù)合材料作為汽車車身覆蓋件的主要應(yīng)用材料[9]。例如，目前，我國研發(fā)出的纖維增強(qiáng)型鋁合金板材就具有較高的應(yīng)用強(qiáng)度以及彈力。根據(jù)相關(guān)報(bào)道，目前，纖維增強(qiáng)型鋁合金板材已經(jīng)被成功地應(yīng)用于汽車的發(fā)動機(jī)連桿以及汽缸套等重要的零部件方面。而在國際中，日本的本田公司所開發(fā)的連續(xù)鋁纖維增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料可以取代傳統(tǒng)的鋼鐵零部件材料不僅能夠起到減輕車身重量的目標(biāo)，同時(shí)還能夠縮小氣缸的變形問題，有效地提升了氣缸以及活塞之間的耐磨程度。而在我國，國內(nèi)關(guān)于理據(jù)復(fù)合材料的研究還處于探索階段中，目前鋁基復(fù)合材料多數(shù)應(yīng)用在軍工領(lǐng)域，但是，隨著科技力量的發(fā)展鋁基復(fù)合型材料在汽車行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用將會推動我國汽車生產(chǎn)行業(yè)邁向新的發(fā)展高度[10]。

4 結(jié)語

綜上所述，鋁合金板材在汽車生產(chǎn)制造中具有強(qiáng)度較高、重量較輕、抗撞擊性能較強(qiáng)等優(yōu)勢，對于推動我國汽車的輕量化發(fā)展具有重要的應(yīng)用價(jià)值，因此，我國應(yīng)該不斷加強(qiáng)對于新型鋁合金板材的研究和在汽車生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用，推動我國汽車生產(chǎn)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。