铝合金车身板材在汽车轻量化中的应用 甘斌

铝合金车身板材在汽车轻量化中的应用甘斌
发表时间：2019-05-09T13:27:40.470Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年1期作者：甘斌
[导读] 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。

南南铝业股份有限公司广西南宁市 530031
摘要：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。

关键词：汽车轻量化；铝合金车身板；生产工艺；应用；发展
我国汽车行业的发展非常迅速，汽车制造中，车身结构占有很大的比重，汽车车身起到围护的作用，决定了汽车车身的性能和质量。

汽车车身制造时，专门采用铝合金板材，以此来提高汽车车身的运营水平，延长其使用寿命，一来体现铝合金板材的根本水平，二来美化汽车的外形。

一、汽车轻量化的发展现状
车身质量占汽车总质量的30%，当没有负荷时，汽车的车身消耗了70%的能量。

轻量技术不仅能降低能耗，还能提高汽车运行的稳定性和安全性。

使用轻质材料后，汽车的质量将会降低。

在其行驶过程中，由于底盘的质量相对较轻，所以震动会减弱，车身会更加稳定。

当一辆汽车撞上一辆汽车时，它的冲击能力被吸收，以提高其安全性。

然而，轻量并不意味着汽车质量越低越好，它需要综合考虑汽车安全性、经济性和实用性等因素。

为了减少能源消耗，使其更加环保和安全，必须使用先进的技术或特殊材料，尽可能降低汽车的质量，以确保汽车的所有目标满足要求。

随着科学技术的快速发展，新材料和新技术在汽车轻量化领域得到了广泛的应用。

汽车轻量的焦点是车身结构的材料。

传统钢材的车身结构主要用料，但随着材料科学、铝合金、精炼钢、钢夹芯材料的发展，在汽车制造、柔性薄板轧制、剪切装配、焊接技术等方面也得到了应用。

与高强度碳钢相比，铝合金在强度和延展性上表现出优越性。

上世纪90年代，奇瑞、比亚迪和其他汽车公司已经开始试用。

二、汽车车身铝合金板材的优势
1.性能。

铝合金板材的性能稳定，提高了汽车车身结构的性能。

铝合金板材促使汽车车身具备轻量化的特征，其质量性能，优于钢制的车身结构，促使汽车行驶时，具备较高的安全性。

2.利用率。

汽车车身制造中，铝合金板材的利用率较高，具有环保、绿色化的特征。

铝合金板材在汽车车身中，具有回收再利用的特征，实现了铝合金板材的循环使用，即使汽车车身报废，铝合金板材仍旧可以回收，重新运用到行业内，保铝合金板材的利用率。

3.经济性。

汽车车身使用铝合金板材，减轻了车身自重，汽车行驶时，车身自重降低，就会缓解燃油的消耗量，不仅实现了经济性，更是体现出节能降耗的优势。

三、铝合金板材特性和分类
1.铝合金板。

（1）铝合金具有密度低、强度高、硬度高、弹性好、韧性好、耐腐蚀、耐磨损、导电性高、导热系数高、易加工表面着色、良好的成型性、高回收等特点。

其比普通深拉钢板、A8铝阀体的低温成型能力降低15%，油耗降低5%~8%。

目前主要用于高端汽车。

（2）铝合金的分类。

铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金。

铸造铝合金用于重力铸造，低压铸造，特殊铸造铝合金铸件；变形铝合金主要用于空调系统、压缩机组、传动部件、发动机冷却系统的冷却装置、阀体零件和装饰部件。

铝基复合材料用于制造汽车活塞、气缸套、悬臂架、制动卡钳、驱动轴和车轮。

2.镁合金。

镁合金是近年来快速发展的轻金属，密度约为铝的2/3。

实用金属中是最轻的、比铝合金和钢更坚固、刚度更强的绿色材料，具有资源优势。

由于镁合金属于密排六方晶体结构，变形时的位错变形能大，具有较强的吸振能力。

，镁合金的硬度低，塑性好，具有较好的切削加工性能，切削助力仅为铝合金的56%，黄铜的43%，非常适合制造汽车零件。

镁合金主要用于汽车铸件，合金零件的生产效率比铝合金高30%左右。

汽车中使用的镁铸件最早的例子是车轮轮辋。

四、铝合金车身板材在现代化汽车生产中的应用
1.汽车用铝合金车身板应用现状。

铝合金在车身上的应用是从发动机罩和行李箱盖开始，由于铝合金轻量化效果明显，并具有质量轻、抗腐蚀能力强、耐用性好及减少行人撞击伤害等显著优点，促使铝合金在车身上的应用逐步扩大。

用于汽车车身板的铝合金主要有2000系、5000系、6000系、7000系合金。

其中5000系、6000系最适合代替钢板；5000系（Al-Mg）是热处理不可强化合金，通过Mg元素产生固溶强化效应，使其成形性和抗腐蚀性能提高，但该系合金只能采用加工硬化方式来提高强度。

使用状态多为退火态，常用于汽车内板等形状复杂的部位，如汽车发动机内盖板。

该系合金能在淬火后较低屈服状态下供货，具有良好的冲压性能，并能在最终的烤漆处理中进一步实现强化，适用于外板等强度、刚度要求高的部位，主要用于汽车外覆盖件。

目前使用较多的6000系合金主要有AA6111、AA6022（北美车企使用），AA6016（欧洲车企使用），AA6016、AA6022、AA6111（日本车企使用）。

国内应用情况例如，江淮汽车车身用铝板包含5182和6106铝合金，它们分别用于发盖内板和发盖外板，厚度分别为1.0mm和1.2mm。

2.铝合金材料在汽车生产中的应用所存在的障碍。

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：（1）铝材具有较高的生产成本；（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。

五、铝合金车身板材的生产工艺介绍
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。

下述流程中，车身外板的性能是否达标主要取决于连续固溶热处理工序的控制。

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。

图1汽车车身用铝合金板主要生产工艺流程图
六、我国汽车铝合金车身板的研究方向
1.存在问题。

铝合金没有在汽车上大规模应用是因为其价格比钢高（约为钢的2倍）和铝板的冲压成型性能比钢板差等的缘故。

这些问题将随着科技的发展、社会的进步而得以解决口。

首先，随着冶炼技术的进步，生产率的提高，铝锭价格不断下降。

各国政府和人民对节能、环保的要求及激烈的市场竞争也迫使汽车厂商降低利润而采用更多的铝合金；其次，针对冲压性能不如钢板的问题可分为两个方面来研究，一是通过材料学的研究合理地优化各合金元素的配比，通过各元素的相互作用来提高合金的性能，二是改进工艺手段如热处理工艺、轧制工艺、模具设计等来提高它的冲压成型性能。

2.研究方向。

我国汽车用铝合金板材还处在研制、引进、吸收和消化阶段，急需开展以下几个方向的研究工作：（1）通过优化6000系合金成分、各种加工工艺，尤其是利用我国直接电解的Al、si、Ti多元合金，制造出具有较好冲压性能的板材；（2）系Al-Si-Ti统地研究铝合金板材的成分、显徽组织、力学性能与冲压性能之间的关系；（3）应用ANN（人工神经网络）实现材料制备工艺与性能间复杂非线性关系的拟舍和预测，并结合GA（遗传算法）进一步优化出板材的最佳加工工艺。

汽车车身铝合金板材的发展潜力非常大，我国汽车制造行业中，车身铝合金板材的使用，与国外相比，仍旧存在着差距，由此表明铝合金板材，在我国汽车行业中，存在极大的发展潜力。

铝合金板材常用于汽车车身的覆盖件，如：车身顶盖、发动机罩等，增大铝合金板材在汽车车身制造中的投入量，促使更多的铝合金板材，应用到汽车车身制造中，推进铝合金板材的发展，发展期间，挖掘铝合金板材的潜能，以便提高汽车车身的基础性能。

随着社会的不断发展，汽车已普及到千家万户成为老百姓的代步工具。

目前在我国节约能源、保护环境的背景下，减轻车身重量并节能减排，研究新材料新技术使车身轻量化，满足消费者的需求，是汽车行业发展的方向。

铝合金板材凭借其密度小、强度大、耐腐蚀性强、抗冲击性高以及能够再生等优势，得到汽车企业的认可，被越来越多的应用于车身制造。

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。

参考文献
[1]吴玉.汽车车身6000系铝合金板材温成形技术研究[D].大连：大连理工大学，2014
[2]李丽.汽车车身用新型6000系铝合金板材性能研究[D].大连：大连：大连理工大学，2014。