鋁合金型材在交通中輕量化應(yīng)用現(xiàn)狀(上)

鋁合金型材在交通中輕量化應(yīng)用現(xiàn)狀（上）【中國鋁管交易網(wǎng)】訊，汽車輕量化成為行業(yè)發(fā)展的主題，鋁合金具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化優(yōu)秀的材料。本文結(jié)合了實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)，介紹了鋁合金汽車輕量化的效果、鋁型材的特點(diǎn)及其在汽車輕量化領(lǐng)域中的應(yīng)用，同時(shí)還指出了阻礙鋁合金廣泛使用的瓶頸。節(jié)能降耗、減少排放、提高安全性能成為汽車行業(yè)發(fā)展方向，汽車輕量化技術(shù)是解決節(jié)能環(huán)保的重要措施。可通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、輕量化材料應(yīng)用及多種制造技術(shù)集成應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕量化。鋁合金由于其密度小、成型性好、吸能效果好及耐腐蝕性能好等原因被廣泛應(yīng)用于輕量化汽車中。據(jù)記載，汽車制造企業(yè)于1896年開始使用鋁合金制作曲軸箱[1],發(fā)展到現(xiàn)在，鋁合金已使用到汽車各部位，如發(fā)動及缸體、儀表臺及發(fā)動機(jī)支架、鋁合金車輪、懸掛系統(tǒng)零件、保險(xiǎn)杠防撞梁及吸能盒、車門及熱交換器等，甚至是全鋁車身?，F(xiàn)在國際上已有不少全鋁合金車身車型在售，包括Honda的超級跑車NSX,Audi的A2、A8、R8以及JaguarXJ。其中JaguarXJ是鋁合金技術(shù)輕量化技術(shù)發(fā)揮到極致的車型，不僅車身重量大幅度下降，而且車身零件總數(shù)從5189個降至2761個，車身剛性提高了48%。據(jù)資料所示，鋁合金在汽車的使用量逐漸增加，從1990年平均50kg/車，發(fā)展到現(xiàn)在已達(dá)平均150kg/車以上。2鋁型材特點(diǎn)及其應(yīng)用2.1鋁型材特點(diǎn)擠壓是鋁合金重要的成型方法，鋁合金擠壓成型是一種熱加工成型方法，并且在整個生產(chǎn)過程中，鋁合金均處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)下成型。整個生產(chǎn)過程可這樣描述：首先，把鋁及其他合金熔煉鑄造成所需要的鋁合金鑄棒;然后，把預(yù)熱后的鑄棒放進(jìn)擠壓設(shè)備內(nèi)進(jìn)行擠壓，鋁合金坯料在主缸擠壓作用下，通過模具的型腔成為所需的型材;最后，為了提高鋁型材的力學(xué)性能，在擠壓過程或擠壓后進(jìn)行固溶處理，隨后在進(jìn)行時(shí)效處理。時(shí)效處理后的力學(xué)能能根據(jù)不同的成分及時(shí)效制度各異，表1為汽車用擠壓鋁型材與普碳鋼的性能對比。表1汽車用擠壓鋁型材與普碳鋼的性能對比項(xiàng)目擠壓鋁型材普碳鋼抗拉強(qiáng)度ob/MPa310-572370-660屈服強(qiáng)度o0.2/MPa260-503230-350延伸率&/%8-30<20硬度HB90-150100-160密度g/cm32.77.8彈性模量E/105MPa0.72-2.1鋁合金擠壓產(chǎn)品較其他成型方式，具備以下的特點(diǎn)：（1）在擠壓過程中，被擠壓金屬在變形區(qū)內(nèi)獲得比軋制、鍛造更為強(qiáng)烈和均勻的三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，因此擠壓可充分發(fā)揮被加工金屬的塑性，可用于加工軋制鍛造無法加工的難變形金屬，同時(shí)可用于制作各種空心或?qū)嵭牡膹?fù)雜截面構(gòu)件；（2）由于鋁型材幾何截面可變，因而其構(gòu)件的剛度高,可提高車身的剛性、降低其NVH特性、提高車輛動態(tài)控制特性；（3）由于鋁型材截面可控制，可提高構(gòu)件的功能集成程度，降低構(gòu)件數(shù)量，同時(shí)通過截面匹配還可實(shí)現(xiàn)焊接精確定位；（4）具有擠壓效益的產(chǎn)品，在淬火時(shí)效后，縱向強(qiáng)度性能（Rm，Rp0.2），遠(yuǎn)比其他方法加工的同類產(chǎn)品要高；（5）擠壓后產(chǎn)品表面色澤好，耐腐蝕性能好，不需要做其他防腐性的表面處理；（6）擠壓加工靈活性大，工裝模具成本低，設(shè)計(jì)變更費(fèi)用低。2.2汽車用擠壓鋁型材應(yīng)用實(shí)例汽車用鋁合金型材應(yīng)用有：保險(xiǎn)杠防撞梁、吸能盒、車門防撞梁、儀表盤支架、前圍、車架主梁、散熱器及其支架、油管、滑動軌元件、熱交換器的橡膠管接頭等截面一致且形狀復(fù)雜的構(gòu)件?，F(xiàn)在汽車防撞梁一般使用鋼質(zhì)板件、鋼質(zhì)滾壓件以及鋁合金擠壓型材，由于鋁合金吸能效果好，廣泛應(yīng)用于合資品牌車型的保險(xiǎn)杠防撞梁總成，國內(nèi)自主品牌車型局限于成本及其他原因，使用較少。湖南大學(xué)專家2,3］對鋁合金防撞梁總成做了相關(guān)的研究，研究表明：使用鋁質(zhì)防撞梁后較原鋼質(zhì)防撞梁質(zhì)量減輕了25%,具有較高的抗彎曲強(qiáng)度，低速碰撞試驗(yàn)條件下，鋁合金前防撞梁較鋼質(zhì)件系統(tǒng)吸能效果提高45%。圖1（a）為保險(xiǎn)杠防撞梁總成。使用鋁型材較多的車身結(jié)構(gòu)是，組合車架式結(jié)構(gòu)。主要是車架主梁，前圍等部分,AudiA8鋁型材件使用占車身鋁合金比例的22%,A2車身約鋁型材使用比例16%［4］。廣東豪美鋁業(yè)股份有限公司致力于汽車輕量化產(chǎn)品開發(fā)，現(xiàn)已做了