鋁合金在汽車輕量化生產中的應用

周慶濤 韓軍乾

摘要：鋁合金是一種常見的有色金屬工業材料，廣泛應用于汽車、航空、機械制造等領域。隨著工業經濟的不斷發展，對鋁合金的需求越來越高。本文以鋁合金在汽車工業中的應用及前景為主要研究對象。

關鍵詞：鋁合金;汽車輕量化生產;應用

一、前言

根據交通管理局統計，截至2021年上半年，我國汽車保有量2.92億輛，已于美國基本持平。

截至2021年6月底，全國有74個城市的汽車保有量超過100萬輛，隨著我國經濟的發展汽車保有量會持續提高，但隨之而來也對我國的環境保護提出了更高的要求。我國已相繼頒發各類減排法規，汽車行業減排為大勢所趨。

汽車在行駛的過程中，必須要克服包括滾動阻力、加速阻力、爬坡阻力和空氣阻力這四種阻力。除了空氣阻力之外，滾動阻力、加速阻力和爬坡阻力都和汽車的整車質量成正比關系。試驗數據表明若汽車自重每降低?100kg，那么行駛?100km?就可以節約?0.3L?至?0.6L的燃油，排放下降有4%。

二、汽車輕量化技術

2.1?結構優化設計實現輕量化

結構優化的主要任務是在滿足工藝要求的前提下設計結構的形狀和尺寸，主要包括尺寸優化、形狀優化、拓撲優化和多學科設計優化。

2.2?先進制造工藝

實現汽車輕量化的先進技術主要包括液壓成形技術和激光焊接技術。液壓成形技術。20世紀70年代末，德國率先開展管道液壓成形技術的基礎研究，90年代初率先將管道液壓成形技術應用于汽車零部件制造。傳統的沖壓焊接工藝相比，液壓成形技術可使零件成本降低11%，設備成本降低14%，零件質量降低7.3%。目前，50%以上的汽車底盤都配備了液壓成形產品。

激光焊接技術。該技術是20世紀60年代發展起來的以高能量密度激光為熱源的精密焊接技術。其應用領域包括汽車零部件的激光焊接、板材的激光焊機和車身的激光焊接。激光焊接已成為汽車制造和生產中最重要的焊接方法之一。

2.3?輕量化材料的應用在輕量化技術中，輕量化材料的開發和應用是當前最主要研究方向。在輕量化材料的使用方面，用高強度鋼和鋁、鎂合金替代普通鋼來制造汽車主要承載構件已成為一個發展趨勢。

三、汽車輕量化材料-以鋁合金為例

鋁是第一種替代鋼的汽車制造材料。目前，在汽車制造業中，鋁已成為僅次于鋼和鑄鐵的第二大消費材料。在整車中，質量最大的部件是動力系統、底盤系統和車身。這三個系統的總質量達到整車質量的83%，其中車身質量占28%。根據歐洲鋁協會的預測，汽車材料的滲鋁率達到60%在經濟上是可取的。根據達科國際（Ducker?Worldwide）公布的研究數據表明，歐洲汽車平均用鋁量自1990年已經翻了三倍，由50kg增長到目前的151kg，并將在2025年增長至196kg。

近年新能源汽車的大規模推廣應用，更進一步提高了鋁合金材料在汽車輕量化中的應用。新能源車平均鋁消耗量為?141.5?千克，比傳統汽車用料高出50%左右。2019年9月，國際鋁業協會發布《中國汽車工業用鋁量評估報告（2016-2030）》預測，因為新能源的崛起，2030年中國汽車行業用鋁量將增加兩倍多，從380萬噸增加到2030年的910萬噸，其中新能源車耗鋁量占全國鋁消費總量的比重從2018年的0.42%提升到2030年的7.22%。

汽車用鋁合金擠壓型材應用有：保險杠防撞梁、吸能盒、電池托盤、儀表盤支架、副車架、滑動軌元件、散熱器及其支架、油管、熱交換器的接頭等截面一致且形狀復雜的構件。

四、結論

受需求和國家政策影響，國內越來越多的企業開始從事輕質材料生產。根據相關研究數據顯示，預計2025年中國新能源汽車用鋁需求將達176萬噸，傳統汽車用鋁需求將達446萬噸，20-25年年復合增長率為50%。根據中汽協統計，2020年中國新能源汽車產量中純電動乘用車、混動乘用車和新能源客車占比分別為72%、19%和9%。

未來5年汽車用鋁生產項目增速或達8.6%，其中新能源用鋁增速達49%。鋁合金在汽車輕量化生產中的應用將依托新能源產業實現跨越式發展。

參考文獻

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