新材料与工艺手册

铝材真的是汽车轻量化“利器”?

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发表于 2014-9-1 00:00:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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在全球提倡汽车节能减排、环保法规日益严苛的大环境下,汽车工程师们表示压力很大,于是,他们想出了最直接、最有效的节能方法——为汽车减重,也就是汽车轻量化。目前,主流汽车轻量化材料包括铝合金碳纤维高强度钢材等等。那么我们就挑“出镜率”最高的铝合金来说,先来看看哪些车企已经应用了相关技术。
        路虎
        路虎去年推出了全新路虎揽胜运动版,该车相比前一代车型减重了420千克。其中,光底盘就比上一代轻了39%。
        路虎将车身的钢材料替换为铝合金材料,并采用承载式车身,这在SUV上是首次应用。相比上一代的钢制车壳体,它减轻了180千克(397磅)的重量,减轻比重高达39%。车壳体仅仅比宝马的Mini Countryman重了12千克(26磅)。前副车架采用铝合金材料铸造,比钢板材料轻了14千克(31磅)。后副车架采用单件空心铸件,减轻了15千克(33磅)。更轻的重量让悬架的负担更少,带来好的操控性,并且加速能力也得到提高,也有助于提供更好的燃油经济性。
        克莱斯勒
        2013年10月份,克莱斯勒汽车公司投资390万开展了一项由加拿大政府支持的车用轻量化金属材料的项目研究。
        该项目主要研究可用于车辆应用的铝合金和镁合金。克莱斯勒汽车公司材料工程机构高端轻型材料小组负责人Steve Logan当时表示,新型轻质材料研究小组正在努力研发寻找可用于汽车车身、底盘以及汽车车门防撞钢梁的新型轻质材料,目标是减轻整车零部件重量40%。
        福特
        今年6月,福特发布了一款轻量化概念车(Lightweight Concept vehicle),通过多种先进材料的混搭,将一辆2013款Fusion原型车的重量减少至了标准重量的25%,也就是说与一辆福特嘉年华重量相当。这款概念车是美国能源部支持下的多材料轻量化汽车项目(Multi-Material Lightweight Vehicles project)的第一阶段(Mach-I)展示成果。而第二阶段(Mach-II)的目标是在没有架构约束的条件下,将一辆2002款福特Taurus 车型减重50%。
        项目第一阶段从去年一季度启动,预计将在今年第三季度完成。据福特表示,第二阶段项目也已经入CAE(计算机模拟辅助)阶段。
        第二阶段中,工程师需要将重达1523千克的2002款Taurus减重50%至761千克。据福特研发部门负责人David Wagner在美国能源部年度绩效评估大会上(DOE Annual Merit Review)表示,要实现第二阶段目标,或许需要牺牲一些空间和成员的舒适性,例如舍弃空调系统等。另外,车辆操控和驾乘性能也会有所下降。
        奔驰
        今年7月,奔驰发布了新C级轿车,新款C级的设计主题是Agility(敏捷)和Intelligence(智能)。该车白车身的48%使用铝合金材料,使车身重量减轻了70千克。外板和骨架均使用了铝合金。外板方面,除了后围侧板,前后盖、挡泥板、车门及车顶均由铝合金制成。另一方面,虽然骨架多为钢板制造,但前后安装悬挂系统减振器的部分均由铝压铸材料制成。使用了9个大尺寸铝压铸部件,与钢板接合时使用了被该公司称作“ImpAct(Impulse Accelerated Tacking)”的铆钉。这种铆钉采用类似钉子、钉入部分刻有细小螺纹的形状,从一侧高速钉入来接合重叠的铝材和钢材。
        其实,近年来采用铝合金为车辆减重的车型还有很多。但在我们“沉迷”于铝合金的轻质特性时,也应该更理性、更全面地看待这样一种新型材料,它也有其固有的缺陷。
        铝合金的优劣势大致可归纳为以下几点:
        优点:
        1、比传统钢材质量轻,可令汽车大幅减重
        2、散热性能好
        3、间接提升车辆操控性
        缺点:
        1、防撞性能不及钢材(尤其是高强度钢)
        2、铝材料一旦磨损、变形,则不可逆,需要完全更换面板,成本高
        3、铝材与其他金属材料结合比较困难
        综上,其实铝合金在汽车中的应用并没有那么容易普及,在材料结合工艺和成本控制方面尚未成熟。而目前,例如VAMA之类的汽车钢板企业所提供的高强度、超高强度钢在密度上已经与铝材相差无几,且抗拉、抗压强度要优于铝材。因此,铝材能否真正成为主流汽车轻量化材料并不能这么早下结论。
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