周慶濤 韓軍乾

摘要：鋁合金是一種常見(jiàn)的有色金屬工業(yè)材料，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、機(jī)械制造等領(lǐng)域。隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)鋁合金的需求越來(lái)越高。本文以鋁合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用及前景為主要研究對(duì)象。

關(guān)鍵詞：鋁合金;汽車輕量化生產(chǎn);應(yīng)用

一、前言

根據(jù)交通管理局統(tǒng)計(jì)，截至2021年上半年，我國(guó)汽車保有量2.92億輛，已于美國(guó)基本持平。

截至2021年6月底，全國(guó)有74個(gè)城市的汽車保有量超過(guò)100萬(wàn)輛，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展汽車保有量會(huì)持續(xù)提高，但隨之而來(lái)也對(duì)我國(guó)的環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求。我國(guó)已相繼頒發(fā)各類減排法規(guī)，汽車行業(yè)減排為大勢(shì)所趨。

汽車在行駛的過(guò)程中，必須要克服包括滾動(dòng)阻力、加速阻力、爬坡阻力和空氣阻力這四種阻力。除了空氣阻力之外，滾動(dòng)阻力、加速阻力和爬坡阻力都和汽車的整車質(zhì)量成正比關(guān)系。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明若汽車自重每降低?100kg，那么行駛?100km?就可以節(jié)約?0.3L?至?0.6L的燃油，排放下降有4%。

二、汽車輕量化技術(shù)

2.1?結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)輕量化

結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要任務(wù)是在滿足工藝要求的前提下設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，主要包括尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化和多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.2?先進(jìn)制造工藝

實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的先進(jìn)技術(shù)主要包括液壓成形技術(shù)和激光焊接技術(shù)。液壓成形技術(shù)。20世紀(jì)70年代末，德國(guó)率先開(kāi)展管道液壓成形技術(shù)的基礎(chǔ)研究，90年代初率先將管道液壓成形技術(shù)應(yīng)用于汽車零部件制造。傳統(tǒng)的沖壓焊接工藝相比，液壓成形技術(shù)可使零件成本降低11%，設(shè)備成本降低14%，零件質(zhì)量降低7.3%。目前，50%以上的汽車底盤(pán)都配備了液壓成形產(chǎn)品。

激光焊接技術(shù)。該技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的以高能量密度激光為熱源的精密焊接技術(shù)。其應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車零部件的激光焊接、板材的激光焊機(jī)和車身的激光焊接。激光焊接已成為汽車制造和生產(chǎn)中最重要的焊接方法之一。

2.3?輕量化材料的應(yīng)用在輕量化技術(shù)中，輕量化材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是當(dāng)前最主要研究方向。在輕量化材料的使用方面，用高強(qiáng)度鋼和鋁、鎂合金替代普通鋼來(lái)制造汽車主要承載構(gòu)件已成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

三、汽車輕量化材料-以鋁合金為例

鋁是第一種替代鋼的汽車制造材料。目前，在汽車制造業(yè)中，鋁已成為僅次于鋼和鑄鐵的第二大消費(fèi)材料。在整車中，質(zhì)量最大的部件是動(dòng)力系統(tǒng)、底盤(pán)系統(tǒng)和車身。這三個(gè)系統(tǒng)的總質(zhì)量達(dá)到整車質(zhì)量的83%，其中車身質(zhì)量占28%。根據(jù)歐洲鋁協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)，汽車材料的滲鋁率達(dá)到60%在經(jīng)濟(jì)上是可取的。根據(jù)達(dá)科國(guó)際（Ducker?Worldwide）公布的研究數(shù)據(jù)表明，歐洲汽車平均用鋁量自1990年已經(jīng)翻了三倍，由50kg增長(zhǎng)到目前的151kg，并將在2025年增長(zhǎng)至196kg。

近年新能源汽車的大規(guī)模推廣應(yīng)用，更進(jìn)一步提高了鋁合金材料在汽車輕量化中的應(yīng)用。新能源車平均鋁消耗量為?141.5?千克，比傳統(tǒng)汽車用料高出50%左右。2019年9月，國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布《中國(guó)汽車工業(yè)用鋁量評(píng)估報(bào)告（2016-2030）》預(yù)測(cè)，因?yàn)樾履茉吹尼绕穑?030年中國(guó)汽車行業(yè)用鋁量將增加兩倍多，從380萬(wàn)噸增加到2030年的910萬(wàn)噸，其中新能源車耗鋁量占全國(guó)鋁消費(fèi)總量的比重從2018年的0.42%提升到2030年的7.22%。

汽車用鋁合金擠壓型材應(yīng)用有：保險(xiǎn)杠防撞梁、吸能盒、電池托盤(pán)、儀表盤(pán)支架、副車架、滑動(dòng)軌元件、散熱器及其支架、油管、熱交換器的接頭等截面一致且形狀復(fù)雜的構(gòu)件。

四、結(jié)論

受需求和國(guó)家政策影響，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始從事輕質(zhì)材料生產(chǎn)。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)2025年中國(guó)新能源汽車用鋁需求將達(dá)176萬(wàn)噸，傳統(tǒng)汽車用鋁需求將達(dá)446萬(wàn)噸，20-25年年復(fù)合增長(zhǎng)率為50%。根據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計(jì)，2020年中國(guó)新能源汽車產(chǎn)量中純電動(dòng)乘用車、混動(dòng)乘用車和新能源客車占比分別為72%、19%和9%。

未來(lái)5年汽車用鋁生產(chǎn)項(xiàng)目增速或達(dá)8.6%，其中新能源用鋁增速達(dá)49%。鋁合金在汽車輕量化生產(chǎn)中的應(yīng)用將依托新能源產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

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