汽車白車身輕量化-鋁板技術(shù)的應(yīng)用

王艷 田野 杜媛媛

摘 要：隨著環(huán)境污染、能源消耗日益加劇等問題的出現(xiàn)，汽車制造業(yè)對(duì)汽車車身的輕量化提出了更高的要求。無論是整車廠還是零配件供應(yīng)商都在嘗試采用各種方式降低車身重量，如采用新材料、新的加工工藝等。對(duì)于白車身的減重而言，目前常用的技術(shù)就是鋁板技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以降低車身重量的同時(shí)，也保障和提高了車身的安全性能。下面筆者就對(duì)此展開探討。

關(guān)鍵詞：汽車;輕量化;鋁板技術(shù)

1 鋁板在汽車制造中的優(yōu)缺點(diǎn)概述

奧迪公司是最早采用鋁合金材料做車身材料的整車廠，其中Audi A8 全鋁車身達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的546kg鋁件，質(zhì)量減輕15%，耗油量降低5～8%。秉承奧迪的造車?yán)砟?，鋁合金材料在一汽-大眾的汽車制造中被廣泛的應(yīng)用在翼子板、門板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和行李箱蓋等重要零件上。

1.1 鋁板存在一定的缺點(diǎn)

（1）成形性差。鋼板與鋁板的成形極限曲線比較圖見圖1所示。

（2）延伸率低。多數(shù)汽車用鋁合金板總延伸率遠(yuǎn)低于冷軋鋼板，甚至只能達(dá)到前者的一半。

（3）低熔點(diǎn)、低屈服強(qiáng)度、低厚向異性指數(shù)，不利于成形。

（4）機(jī)械強(qiáng)度低、抗凹性差。除6XXX系部分鋁合金的強(qiáng)度較高外，其他系列鋁合金板的強(qiáng)度都明顯低于鋼板，并且抗凹性較差。

（5）焊接性能低、結(jié)合部位抗腐蝕性能差。

（6）成本高。無論是鋁板本身的單件價(jià)格還是模具制造費(fèi)用、設(shè)備及生產(chǎn)的成本投入都比鋼板的成本要高。

1.2 與鋼板相比，鋁合金材料有以下一些優(yōu)點(diǎn)

（1）回收率高。國外可達(dá)80%以上，60%以上的車用鋁合金為再生鋁，回收生產(chǎn)1t鋁合金比重新生產(chǎn)1t鋁合金少耗能95%。

（2）投資少、減重效果明顯。鋁合金加工設(shè)備投資比鋼鐵少、車身減重效果顯著（鋁板的設(shè)計(jì)厚度要比鋼板的厚，減重效果可以達(dá)到20%-50%）。

（3）防腐性能優(yōu)異。

2 鋁板在一汽-大眾車型中的應(yīng)用

一汽-大眾應(yīng)用鋁板的車型包括Audi T99、Audi X89、Audi X77/X77NF、Audi W66/W77等，這些車型從2011年中期開始調(diào)試并陸續(xù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。Audi X77NF 前蓋內(nèi)外板鋁板零件，其重量?jī)H為3.9kg和2.7kg。因?yàn)?000系列的鋁合金材料具有可熱處理強(qiáng)化，成形性好、耐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度高和較好的耐高溫性能，上述車型的沖壓自制件采用的鋁合金材料均為6000系列合金，這些材料的供應(yīng)商為瑞士的Novelis和比利時(shí)的Aleris。

2.1 6000系列鋁合金材料的可熱處理性能

6000系列鋁合金材料成分主要為鋁鎂硅，與5000系鋁合金不具備可熱處理強(qiáng)化相比，6000系合金可以在鋁件經(jīng)過油漆車間180°、20分鐘加熱之后進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，即鋁件的強(qiáng)度有非常大的提升。這種可熱處理的時(shí)效強(qiáng)化可以大幅度的提高制件的塑性而不降低產(chǎn)品的強(qiáng)度，因而被廣泛的應(yīng)用于沖壓件的生產(chǎn)中。然而6000系列的鋁合金性能在6個(gè)月內(nèi)也會(huì)隨著自然時(shí)效而發(fā)生較大的變化，其中屈服強(qiáng)度和材料的壓合性能變化較大。在實(shí)際應(yīng)用過程中，要盡可能快的使用鋁板，因?yàn)樯a(chǎn)制造時(shí)間越短，鋁板的塑性和壓合性能越好，越有利于沖壓和壓合的進(jìn)行。同時(shí)，對(duì)于倉儲(chǔ)而言，也要做到盡量先進(jìn)先出的原則，以免造成浪費(fèi)。

2.2 鋁板的表面結(jié)構(gòu)-EDT表面

EDT表面即電火花毛糙結(jié)構(gòu)的表面，與之相對(duì)應(yīng)為Mill Finish 的表面，即鋁板經(jīng)過軋制之后未進(jìn)行處理的光面表面。汽車鋁板應(yīng)用約95%的鋁板為EDT表面，Ra值1.0+/-0，3?m。EDT表面與MF表面相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)：1）EDT表面為準(zhǔn)各項(xiàng)同性，即各個(gè)方面的性能差異不大，因而具有良好的油漆表面質(zhì)量，同時(shí)對(duì)于成形而言沒有方向的影響。2）EDT表面毛糙處理后的微觀凹坑能夠儲(chǔ)存更多的潤(rùn)滑劑，從而更有利于成形，在沖壓車間進(jìn)行鋁板的拆垛時(shí)易于分離，減少?zèng)_壓件脫模的困難，具有更穩(wěn)定的沖壓參數(shù)。

2.3 鋁板表面采用固態(tài)潤(rùn)滑劑

與鋼板表面采用液態(tài)潤(rùn)滑劑不同，一汽-大眾鋁合金材料表面采用的是固態(tài)潤(rùn)滑劑。固態(tài)潤(rùn)滑脂有水基潤(rùn)滑脂和非水基潤(rùn)滑脂（熱熔）兩種，福斯的PL39SX屬于熱熔的固態(tài)潤(rùn)滑脂。水基潤(rùn)滑脂即為潤(rùn)滑脂噴射在鋁板表面后需要將水烘干，非水基潤(rùn)滑脂（熱熔）即為潤(rùn)滑脂在加熱狀態(tài)下變?yōu)橐簯B(tài)，經(jīng)過冷卻后與鋁板表面結(jié)合。固態(tài)潤(rùn)滑脂具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）固態(tài)潤(rùn)滑脂有較好的成形性能。

（2）固態(tài)潤(rùn)滑脂有較低的摩擦系數(shù)。

（3）拆垛時(shí)易分離。

（4）潤(rùn)滑脂厚度均勻不易流動(dòng)。

（5）防腐保護(hù)較好。

（6）焊裝粘膠前不需要清理。

總之，隨著鋁合金材料研發(fā)的不斷進(jìn)步，尤其是7000系高強(qiáng)度鋁板的開發(fā)，鋁合金材料一定會(huì)在汽車輕量化方面做出更大的貢獻(xiàn)，并且被越來越廣泛的應(yīng)用。因此，當(dāng)前應(yīng)重點(diǎn)從制造工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備和管理等多角度研究降低成本措施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋁板材的大批量生產(chǎn)與應(yīng)用。

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