汽车用铝合金型材开发与轻量化应用

汽车降耗、减排、提高安全性能已成为汽车工业的发展方向车轻量化技术是解决节能环保问题的重要措施。产品轻量化可通过结构优化设计、轻质材料应用和多种制造技术集成应用实现。铝合金因其密度低、成型性好、吸能效果好、耐腐蚀性好而被广泛应用于轻型汽车中。据记载，汽车制造企业于1896年开始使用铝合金制造曲轴箱[1]。到目前为止，铝合金已经用于汽车的各个部件，如发动机和缸体、仪表板和发动机支架、铝合金车轮、悬架系统部件、保险杠防撞梁和吸能箱、车门和换热器，甚至全铝车身。现在国际上已有不少全铝合金车身车型在售，包括Honda的超级跑车NSX，Audi的A2、A8、R8以及JaguarXJ。其中JaguarXJ是铝合金技术轻量化技术发挥到的车型，不仅车身重量大幅度下降，而且车身零件总数从5189个降至2761个，车身刚性提高了48%。据资料显示，铝合金在汽车中的使用逐渐增加，从1990年平均50公斤/车到平均150公斤/车。

挤压是铝合金的重要成型方法，是一种热加工成型方法，在整个生产过程中，铝合金处于三向压应力状态。整个生产过程可以描述为：首先，将铝等合金熔化铸造成所需的铝合金铸件；然后将预热铸件放入挤压设备中进行挤压，铝合金坯料在主缸挤压下通过模具腔成为所需型材；最后，为了提高铝型材的机械性能，在挤压过程或挤压后进行固溶处理，然后进行及时处理。时效处理后的力学能量根据不同的成分和时效系统而有所不同。表1是汽车挤压铝型材与普通碳钢的性能比较。

汽车铝型材挤压产品较其他成型方式，具备以下的特点：（1）在挤压过程中，被挤压金属在变形区内获得比轧制、锻造更为强烈和均匀的三向压缩应力状态，因此挤压可充分发挥被加工金属的塑性，可用于加工轧制锻造无法加工的难变形金属，同时可用于制作各种空心或实心的复杂截面构件；（2）由于铝型材几何截面可变，因而其构件的刚度高，可提高车身的刚性、降低其NVH特性、提高车辆动态控制特性；（3）由于铝型材截面可控制，可提高构件的功能集成程度，降低构件数量，同时通过截面匹配还可实现焊接定位；（4）具有挤压效益的产品，在淬火时效后，纵向强度性能（Rm，Rp0.2），远比其他方法加工的同类产品要高；（5）挤压后产品表面色泽好，耐腐蚀性能好，不需要做其他防腐性的表面处理；（6）挤压加工灵活性大，工装模具成本低，设计变更费用低。

汽车铝合金型材的应用包括:保险杠防撞梁、吸能盒、车门防撞梁、仪表板支架、前围、车架主梁、散热器及其支架、油管、滑轨元件、换热器橡胶管接头等截面一致、形状复杂的构件。

目前，汽车防撞梁一般采用钢板、钢滚压件和铝合金挤压型材。由于铝合金吸能效果好，广泛应用于合资品牌车型的保险杠防撞梁总成。国内自主品牌车型仅限于成本等原因，使用较少。湖南大学专家[2,3]对铝合金防撞梁总成进行了相关研究。研究表明，与原钢防撞梁相比，铝防撞梁的质量降低了25%，抗弯强度较高。在低速碰撞试验条件下，铝合金前防撞梁的吸能效果比钢件系统提高了45%。