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「技术帖」铝合金车身板材在汽车轻量化中的应用

作者:AG  来源:亚游集团  时间:2019-10-11 02:23  点击:


  文章分析了汽车轻量化的意义、铝合金材料的特点及性能优势,铝合金车身板材的生产工艺,并且重点阐述了铝合金车身板在汽车生产中的应用,进而分析总结出我国汽车轻量化进程中所面临的主要难题,为汽车轻量化的加速发展提供良好的借鉴和参考。

  汽车轻量化是在降低汽车的整备质量的同时保证汽车的强度和安全性能,并且提供汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。汽车在达到轻量化之后,能够节油、减排、提升驾驶乐趣。

  在能源紧缺和环境污染严重的形势下,新能源汽车的研发已成为汽车产业发展的必然趋势。纯电动汽车是目前最有价值大规模推广应用的产品。对于纯电动汽车而言,整备质量每减少100kg,增加续航里程可增加10%,电池成本可节约15%到20%。汽车轻量化可以帮助新能源汽车增加续航里程和降低成本。根据欧洲铝业协会调查,如果在新能源汽车上使用轻量化技术,车身减重10%,电耗下降5.5%,续航里程可增加5.5%。在相同续航里程情况下,尽管全铝车身成本较高,但由于节约电池成本,使全铝电动车更具有价格优势。如大众Golf电动车通过采用全铝车身不仅可以减重187kg,因此,通过轻量化来提高能量使用效率对电动汽车来讲尤为重要。

  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。

  中国忠旺铝业为长城华冠纯电动跑车前途K50提供车身用铝,前途K50采用全铝骨架车身结构。2016年11月,中国忠旺参与设计制造的奇瑞新能源纯电动车S51已经正式上市,成为国内自主品牌中第一个实现全铝车身化的车型。明泰铝业生产的5052铝合金主要应用于轿车车门,其性能优势主要体现在塑性高、耐腐蚀性强和表面质量优异等特点。蔚来ES8成为国内首个独立研发量产的轻量化全铝车身平台。ES8全铝车身上铝材的使用率高达96.4%,成为全球量产的全铝车身中铝材应用量比例最高的车型。

  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:

  (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。

  铝合金车身板的抗时效稳定性、成形性、表面处理技术和烘烤硬化性等特性是影响板材力学性能和工艺性能的关键因素,因而这些性能在板材生产加工过程中会受到重点关注。铝合金车身板的生产工艺流程主要包括以下工序:熔铸→热轧→冷轧→热处理(淬火/退火),如下图所示。

  根据合金品种,固溶处理加热速度、固溶温度、保温时间、温控精度和冷却方式均有严格要求,尤其要求固溶保温完成后要迅速立即进行淬火冷却。冷却方式主要有两种水冷和空冷,一般来说,车身外板6xxx系铝合金采用水冷,车身内板5xxx系铝合金采用空冷,也有部分6xxx系铝合金采用空冷。车身内板的性能是否达标主要取决于连续退火热处理工序。钝化处理后,经过辊涂或喷涂的铝卷具有优良的表面层,有利于吸附润滑剂,更好地保证汽车生产厂商板材冲压成型;钝化处理另一作用增强了铝卷粘合强度,提高了漆层的稳定性。

  目前我国汽车轻量化技术在理论研究方面和实际应用方面均与国外存在明显差距,技术发展面临如下难题。

  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。

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