汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用

实用文档汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用摘要：汽车属于现今人们生活当中必不可少的交通运输工具，虽然汽车的出现为人们创造了较大的便利性，但是却成为了环境污染与资源消耗的重要源头。汽车轻量化在一定程度上能够促使汽车排量减少，并且能够节约油耗，铝合金这一材料的应用则能够符合汽车轻量化的要求，对于保护环境、节省资源均能够起到积极的推动作用。为此，汽车轻量化与铝合金在现代汽车生产中逐渐被重视与应用。

关键词：汽车轻量化；铝合金；汽车生产

引言

现今时代，我国社会的发展步伐比较快速，人们的生活水平提高较为明显，除了日常的物质要求以外，人们展开了更高质量的生活追求，尤其在汽车这一现代化物流工具方面，人们希望能够在获得便利性的基础上，积极的响应国家节能减排、环境保护等号召。

1汽车轻量化技术

实现汽车轻量化的途径主要有以下几个方面：结构优化设计、轻量化材料的应用和先进制造工艺。

1.1结构优化设计实现轻量化

结构优化的主要任务是在满足工艺要求的前提下进行结构形状和尺寸设计，主要包括尺寸优化、形状优化、拓扑优化和多学科设计优化。

1.2先进制造工艺

实现汽车轻量化的先进工艺主要包括液压成型技术和激光焊接技术。液压成型技术。20世纪70年代末期，德国率先开始对管材液压成型技术进行基础性研究，并于20世纪90年代初率先采用管材液压成型技术制造汽车构件，该技术因1994年的“ULSAB”计划的开展而得到快速发展。与传统的冲压-焊接工艺相比，液压成型技术可降低11%的零件成本、14%的设备成本、减轻零件7.3%的质量，目前，已有超过50%的汽车底盘装配有液压成型产品。

1.3激光焊接技术

该技术是20世纪60年代发展起来的以高能量密度的激光为热源的精密焊接技术。其应用包括汽车零件的激光焊接、板材的激光焊机、车身激光焊接，激光焊接已成为汽车制造生产中最主要的焊接方法之一。

1.4轻量化材料的应用

在轻量化技术中，轻量化材料的开发和应用是当前最主要研究方向。在轻量化材料的使用方面，用高强度钢和铝、镁合金替代普通钢来制造汽车主要承载构件已成为一个发展趋势。此外，塑料、复合材料、精细陶瓷也被应用到汽车结构中。其中，使用高强度钢、玻璃纤维复合材料、铝、镁、碳纤维复合材料代替原本的低碳钢可分别减轻质量15%～25%、25%～35%、40%～50%、55%～60%、55%～60%。

2汽车轻量化材料——铝合金

铝是最早成为钢材替代品的汽车制造材料，目前铝已成为汽车制造中用量仅次于钢材和铸铁的材料，在全铝汽车中，其用量甚至排在第2位。目前，铝代钢的成本仍然略高，但是铝代钢仍可以通过减轻车重所减少的油耗来帮助消费者节约用车成本。乘用车的主要组件在整车质量中所占比例不同，在整车中，质量最大的组件为动力系统、底盘系统以及车身，这3大系统的总质量达到整车质量的83%，其中车身质量占比为28%。

汽车用的铝材主要为铝板材、挤压材、铸铝及锻铝。上世纪八十年代，铝板开始用于车身发动机罩外板、前翼子板、顶盖，后来又用于车门、行李箱盖板。1990年，本田汽车公司推出了AcaraNSX运动车，该车型整车用铝高量达450千克，用铝的部件包括全铝车身、发动机缸体、气缸盖、悬架支架、座椅等构件。1994年车身为空间框架结构，应用铝板、挤压材、铝铸件。西南铝的1+4热连轧工程，是我国第一条达到当代国际先进水平的铝板热连轧生产线，已经投产。

目前，汽车底盘中的许多零件都采用铝合金制造，日产公司的Cedric和Gloria轿车用于悬挂连接臂的铝合金件采用半固态成形工艺制造；奔驰的副车架采用真空压铸工艺的制造；日本也将铝合金应用于商用车的贮气罐、后保险杠以及各种支架和悬臂上；美国的“悍马”军车在每辆车上已用了227千克的铝合金。铝合金作为汽车水箱已经普遍应用，用铝合金制造汽车水箱不仅减轻了水箱质量，而且还降低了成本，延长了寿命。近年来，快速凝固铝合金、金属间化物、发泡铝材、铝合金拼焊板及铝基复合材料等也逐步在汽车上获得应用。

3汽车轻量化是汽车工业健康发展的需要

随着汽车工业的发展，汽车产量和保有量逐年增加，汽车在给人们出行带来方便的同时，也带来了油耗、安全和环保这三大问题。2005年，中国汽车产量已超过550万辆，汽车保有量已超过3000万辆，全球汽车保有量已超过2.5亿辆，汽车工业不仅是发达国家的支柱产业，更是城市发展的标志。汽车行驶要耗油，同时也会排出有害气体、污染环境、对人的身体和生命造成危害。为保证汽车工业的健康发展，各国针对汽车工业发展带来的三大问题，相应地制定了多种法规，其中包括油耗法规、正碰和侧碰的安全法规以及排放法规等。

4现代汽车生产中对铝合金的具体应用

4.1铝合金在汽车生产中的应用现状

近年来，汽车轻量化的发展趋势使得汽车生产中对铝合金的用量在不断增加，尤其在车身部分，大多开始使用铝合金材料，以此达到减轻零部件重量的效果。欧美等发达国家的汽车工业在上个世纪六七十年代便已经开始中采用铝合金进行汽车轻量化的转变，其中，奥迪在1994年成为了全球第1辆轻量化的全铝车，并且在2002年推出了新奥迪的第2代铝合金车身。该种大量应用铝合金的汽车生产制造在一定程度上提高了整个车身的结构刚性，保证大部分零件的可回收利用，能够为节能减排作出积极贡献。我国在近年来亦逐渐展开了汽车轻量化的研究，在汽车工业发展的背景下用铝量亦在逐渐增加。

4.2汽车生产中铝合金材料的分类与应用

第一，铸造铝合金的应用。铸造铝合金在汽车生产制造中应用比较广泛，且可以根据不同的汽车生产需求提供不同铸造方法。其中，发动机用铝合金具有比较良好的抗腐蚀性和导热性，能够符合汽车发动机气缸盖、气缸体等度材料的要求。轮毂用铝合金则能够凭借其尺寸精度高、散热性良好、质量较轻等特点产生较高的使用率，并且主要铸造工艺为低压铸造和重力铸造。

第二，变形铝合金的应用。变形铝合金与铸造铝合金相比具有更大的韧性与强度优势，其合金含量相对较低，一般被用于汽车装饰件、结构件、散热系统和车身面板等部位。其中，车身面板用铝合金具有良好的锻造性，且具有良好的强度，综合性能均符合轻量化要求。其他铝合金构建在一定程度上被广泛应用于汽车的悬挂零件，主要原因在于其能够提高汽车行驶平稳性，保证汽车行驶安全。

第三，铝基复合材料的应用。该种铝合金材料具有良好的尺寸稳定性，且具有较低密度性，较高的强度，在汽车生产应用中能够产生抗疲劳、抗断裂等优势。另外，该种汽车轻量化材料与传统的铸铁制造材料相比，能够减轻40%-60%的重量，散热性与耐磨性均更加良好，因而一般应用在驱动轴、摇臂等零件中。

结束语

随着经济社会的不断发展，能源、环境、安全等已对汽车轻量化提出了迫切需求，使用轻量化材料，降低汽车重量，减少燃油消耗以及尾气污染物的排放，提高汽车安全性和舒适性，已经成为今后汽车发展的总体趋势，而铝合金材料已经成为比较成熟的轻量化材料，是汽车工业应用最多的金属材料，并广泛应用到汽车诸多的重要部件系统，相信随着更多新型铝合金材料的进一步研发，以及工艺技术的提高，其必将在汽车制造业中发挥越来越重要的价值，迎来更为强劲的发展势头。

参考文献

[1]李玲,董建雄,黄云飞.