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1、试论铝合金材料在汽车轻量化中的应用 1引言 铝在汽车上最早运用的记载是在18%年,印度人用铝做了汽车的曲轴箱。到了二十世纪,在欧美开始出现全铝车身的汽车,如亨利·福特的MedelT型汽车就是铝制车身。二、三十年代在欧洲的赛车场上法拉利3印等赛车也都是全铝车身。从此之后,铝在汽车上得到了越来越广泛的运用,如车轮、悬架和其他部件都开始用铝制造。194年美国生产的每辆轿车中,平均用铝量为kg,比10年前增加了47吨,2以刃年,每辆车的平均用铝量为116kg;到205年,每辆汽车的平均用铝量可望上升至大约172kg。从汽车轻量化的前景看,铝合金的大量采用是必然趋势。 2汽车轻量化的基本要求和效
2、果 汽车轻量化是当代汽车发展的一个重要课题,对其的基本要求是: (l)在保证汽车质量和功能不受影响的前提下,最大限度地减轻各零部件的质量,降低燃耗,减少排放污染。 (2)在使汽车减轻质量、降低燃耗、减少排放的同时,努力谋求它的高输出功率、高响应性、低噪声、低振动、良好的操纵性、高可靠性和高舒适性等。 (3)在汽车轻量化的同时,汽车的价格应当下降或保持在合理水平,具有商业竞争能力,即汽车的轻量化技术必须是兼顾质量、性能、价格的技术。 近年来汽车轻量化对于汽车技术的不断发展起到了重要作用,其显著效果是: (l)降低油耗 汽车轻量化使汽车的滚动阻力、加速阻力、爬坡阻力减小,这些都可以
3、降低油耗。同时,如果使动力性能不变,通过恰当的齿轮传动比也可以使油耗降低,轿车每轻量化1%可降低油耗%一%。 (2)改善性能 汽车轻量化,有利于改善汽车的行驶、转向、加速、制动等运动性能和排气性能等多方面的性能。其中,发动机的轻量化还可改善前轮荷重分担率,进而改善汽车的操纵稳定性。同时,还可为降低噪声、振动、实现大功率化创造条件。 (3)波及效果 汽车各部分的质量是相互关联的。例如,发动机质量的减轻,使有关底盘部分也可以相应地减轻,即汽车减少的质量将大于发动机减少的质量。 又如,车身零部件的轻量化,使支承它的行驶系(车架、车桥、车轮、悬架等)负荷减小,尺寸和质量即可适当减小.同时,
4、发动机和制动器也可相应减小、减轻。通常,当平衡系统中某个部位质量减少1吨,给予整个系统的波及效果是质量减少众g时,称K为增长因子,K值因部位而异,汽车的值在一之间。铝合金材料较传统汽车用材料的优势 3铝是人们最熟悉的金属之一。 在汽车领域中,铝材的广泛应用是近20多年才出现事情,从七十年代起,轿车技术上最明显的变化之一是大量启用了轻型材料,出现了许多用铝部件,集中在车身构件、发动机、空调器、保险杠、装饰件、车座等部件上。发动机部件用铝材制造减重效果最为明显,一般可减重30%以上。自199年以来,汽车制造商制造汽车时的用铝量成倍增长,制造赛车和轻型货车的用铝量增长了3倍,汽车工业普遍认为,
5、在汽车上以铝替代钢可减少汽车20%的重量,节约燃油12%一16%。 由于铝的比重只有铁的1/3强,重量轻,而且铝材几乎可以全部回收,重新加工使用,有利于环境保护;有些铝合金材料的物理性能已与车用钢材相似,具有相当的强度和刚度,成本上日趋降低。因此,按照目前的技术来实现汽车轻量化,最有效的途径就是采用铝材等优质材料代替钢材。目前,全铝车身还仅限于高档轿车和跑车,随着时间的推移,制造成本的不断下降,将会有更多型号的轿车车身和零部件应用铝合金材料。据预测,随着汽车技术的发展,到本世纪中叶,汽车的主要材料将由钢材转为铝材,轿车的平均重量将会减轻35%。 4铝合金材料在汽车应用上的难点 铝材应用
6、在汽车上会遇到许多技术上的难题,加工难度比钢材大得多。例如轿车车身大部分的工件是靠冲压成形,如果用冲压钢板的方法去冲压铝板,会出现裂缝和皱褶;典型的浅冲铝合金车身板的可冲压性能与钢基本相同。 但是,由于铝合金深冲性能较差,为防止断裂,应尽量减少集中拉伸,深拉时要进行良好的润滑并采用异形坯料,以促使金属顺利流进模具。铝合金的冲压成形工模具与钢的几乎可以通用,但在必要时可将工具外形稍加修改以提供不同的反弹特性。对于某些特殊的铝合金可实施局部或分步作业,例如弯曲、下翻边、折边和孔翻边等。轿车车身大部分的工件都是用焊接组装,而铝的焊接要比钢材难度大得多;铝合金和钢的连接特性主要有两点区别:一是铝合
7、金的热导率和电导率是钢的3倍;二是铝点焊焊缝的强度是钢焊缝的此。 由于焊接铝合金所需电流密度是钢的3倍左右,所以二者的焊接设备也不完全相同。铝合金的连续焊接(同时焊多个点)必须按顺序进行,但由于其焊接周期时间短(仅为钢的1/9),所以总的焊接时间与钢的相当。对于大型的强度和质量要求较高的铝合金部件之间的连接,应用手工或自动的氢弧焊,但设备要求和成本要高一些。 5车用铝材的主要类型 传统铝合金 传统铝合
