淺述鋁合金零部件對汽車輕量化的影響

韋增磊

（安偉特機電設(shè)備（煙臺）有限公司，山東 煙臺 264000）

1 概述

目前，據(jù)公安部統(tǒng)計，截至2021年3月，全國機動車保有量達3.78億輛，其中汽車2.87億輛，在國民經(jīng)濟不斷發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)政策引導、居民收入增加和消費結(jié)構(gòu)升級等因素拉動下，我國汽車產(chǎn)業(yè)在未來幾年內(nèi)仍將保持10%～15%的增長態(tài)勢，自汽車快速發(fā)展以來，汽車已經(jīng)成為我們生活中不可缺少的一部分。當然，隨著汽車的增多，它在給我們生活帶來便利的同時，也產(chǎn)生了對應的社會問題以及環(huán)境問題。比如，汽車尾氣排放污染，尾氣中所含的一氧化碳、二氧化碳等溫室氣體，是造成全球氣候變暖的一個重要因素，尾氣中所含有的碳氫化物、氮氧化合物、鉛化合物及顆粒物擴散到空氣中會造成空氣污染，直接影響人的身體健康。因此，汽車節(jié)能減排、降低尾氣排放，是低碳時代汽車技術(shù)的未來主要發(fā)展方向。

2 汽車輕量化的必要性

由于環(huán)境保護和節(jié)能減排的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要潮流。汽車的輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量。有關(guān)試驗數(shù)據(jù)研究表明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%。汽車整車重量每減少100kg，百公里油耗可降低0.3～0.6L，二氧化碳排放可減少約5g/km，二氧化碳排放的減少，對經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展起了重要作用。

汽車輕量化可以通過減輕車輛的重量來減少汽車的慣性，使汽車的運動狀態(tài)更容易操縱改變，進而提升汽車的加速和制動性能，提高汽車行駛的平穩(wěn)性，改進乘客乘坐的舒適性。近幾年，隨著新能源車技術(shù)的進步和發(fā)展，新能源電動汽車越來越多，根據(jù)有關(guān)實驗數(shù)據(jù)，電動汽車整車重量若降低10kg，續(xù)駛里程可增加2.5km。新能源汽車的能耗會隨著質(zhì)量的減輕而減少，可以在一定程度上達到節(jié)省電力、燃料等的結(jié)果。

3 鋁合金零部件優(yōu)勢

3.1 鋁合金材料特性

鋁的資源豐富，容易獲得，價格合理，密度小，質(zhì)量輕，鋁的密度約為鋼的1/3，是應用最廣泛的輕量化材料，鋁合金是材料工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車制造、化學等工業(yè)中已大量應用。鋁合金塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導熱性和抗蝕性，在工業(yè)上使用越來越廣泛。

鋁及鋁合金很適合作金屬基復合材料的基體，易與增強材料復合和進行第二次加工，這也是鋁基復合材料得到快速發(fā)展的主要原因。

3.2 鋁合金零部件在汽車產(chǎn)業(yè)中的產(chǎn)值

鋁合金汽車零部件產(chǎn)業(yè)是汽車工業(yè)的基礎(chǔ)和重要組成部分，隨著汽車保有量越來越多，零部件產(chǎn)值比重不斷提升，現(xiàn)在其產(chǎn)值占整個汽車總產(chǎn)值的70%以上，根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展速度預測，其產(chǎn)值未來還會快速提高，趨勢如圖1所示（數(shù)據(jù)參考中國鑄造協(xié)會）。

圖1 鋁合金零部件總產(chǎn)值趨勢

3.3 鋁合金零部件特點

鋁合金汽車零部件回收再利用率高，因為鋁合金熔點低，所以便于回爐熔煉回收，目前，鋁合金的回收率在90%左右，根據(jù)其能耗對比，再生鋁合金的能耗只有電解鋁的3%～5%，因此，在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)可以節(jié)約大量的工業(yè)能耗。

根據(jù)鋁合金材料特性，運用鑄造新工藝和沖壓新技術(shù)，鋁合金零部件減少了汽車的整體框架焊點，只有25%左右的部件需要點焊連接，因而可大幅度提高汽車的裝配效率，且鋁合金材料無須防銹處理，提高生產(chǎn)效率。

4 鋁合金零部件在汽車配件中的主要應用

4.1 汽車底盤

汽車底盤的輕量化對整車的性能起著舉足輕重的作用，影響著汽車的操作穩(wěn)定性和乘坐的舒適性。汽車底盤包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和行駛系統(tǒng)，底盤輕量化性價比突出，對底盤實施輕量化，在油耗、操控等方面的收益遠超同等程度其他零部件的輕量化。

4.2 汽車車身

對于汽車來說，輕量化的全鋁合金車體可以展現(xiàn)出汽車更出色的操控性能。一般來說，在動力不變的情況下，越輕的車提速越快，也更有運動感，在彎道轉(zhuǎn)彎時，汽車的側(cè)傾也會減弱。而在同等強度下，越輕的車安全性越高，車身越重，慣性越強，出現(xiàn)事故后所承擔的撞擊力度就會越大，事故的后果就越嚴重。

4.3 發(fā)動機活塞

在活塞的制作材料上，現(xiàn)代的內(nèi)燃機很多都是用的鋁合金活塞。發(fā)動機活塞采用鋁合金材質(zhì)，是因為鋁合金導熱性好，熱量不容易聚集，鋁合金活塞重量輕，重量較小，其慣性也越小，鋁質(zhì)活塞的這種特點十分有利于減少熱應力，延緩機油變質(zhì)有利。為了使活塞有足夠的強度和剛度，活塞材料普遍采用硅鋁合金，目前，鋁活塞很多都是使用含硅12%左右的共晶鋁硅合金制造，并加入銅和鎳，以保證活塞的熱穩(wěn)定性和高溫下的機械性能。

4.4 發(fā)動機殼體

鋁合金材料已經(jīng)滲透到動力總成中的各個方面，如發(fā)動機缸體、缸蓋、油底殼等，鋁合金材質(zhì)的缸體是近年逐漸流行起來，鋁合金的缸體用途越來越廣泛，鋁合金缸體輕巧，導熱性較好，冷卻液的容量可增加，鋁合金的傳熱速度要高于鑄鐵，因此，鋁合金材質(zhì)的缸體散熱更快，但是，鋁合金缸體耐磨性不足，需要安裝缸套來提高發(fā)動機使用壽命，所以鋁合金缸體一般使用在小型車輛上。

4.5 鋁合金輪轂

鋁合金輪轂，在現(xiàn)在家用小型汽車中被越來越多地使用，與鋼質(zhì)汽車輪轂相比，鋁合金輪轂的優(yōu)點比較明顯，其密度小，約為鋼的1/3，這意味著采用相同體積的鋁合金輪轂將比鋼質(zhì)輪轂輕2/3，鋁輪轂散熱效果好，從而增強了制動性能，提高了輪胎和制動碟的使用壽命，有效保障了汽車的安全行駛。鋁合金輪轂易于加工制作成型，并且經(jīng)過耐腐蝕處理以及涂裝著色后的鋁合金輪轂色澤多樣、精致美觀。

5 鋁合金零部件發(fā)展中遇到的問題及策略

5.1 鋁合金零部件在汽車輕量化發(fā)展中遇到的問題

近年來，隨著汽車輕量化產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與進步，鋁合金零部件不斷推動汽車輕量化產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展，鋁合金零部件產(chǎn)業(yè)也得到了很大的發(fā)展，但是，在發(fā)展的過程中，也遇到了一些問題：

（1）近幾年來我國汽車鋁合金零部件制造業(yè)，雖然有所發(fā)展，但散、亂、差的局面尚未得到有效解決，整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模小且分散，未形成強大的產(chǎn)業(yè)集群，缺乏統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)，缺少符合環(huán)保和節(jié)能要求的強制性法規(guī)和標準。（2）我國規(guī)模性較大的汽車產(chǎn)業(yè)大多數(shù)靠中外合資建設(shè)，自主品牌還沒有真正做大做強，汽車零部件，特別是鋁合金輕量化零部件引進的多，國產(chǎn)開發(fā)創(chuàng)新的少，形成了長期跟著別人走、總體落后的局面。（3）行業(yè)之間缺乏強大的組織協(xié)調(diào)和有效的溝通，未能形成像福特汽車與美鋁公司，奧迪汽車與海德魯鋁業(yè)那樣的緊密合作關(guān)系，雖然在2003年成立了“汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，但有效職能還沒有充分發(fā)揮出來。

5.2 鋁合金零部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議

未來，為促進鋁合金零部件產(chǎn)業(yè)持續(xù)高效發(fā)展，加快汽車輕量化進程，可以采取以下建議和措施：（1）加強政府統(tǒng)一管理與行業(yè)組織的有效協(xié)調(diào)，采取必要的行政手段，加強經(jīng)濟調(diào)控措施和政府資金支持政策，成立專門機構(gòu)，推進汽車輕量化產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，為我國汽車行業(yè)的環(huán)境保護、節(jié)能減排，尤其是新能源汽車的開發(fā)和推廣創(chuàng)造有利條件。（2）堅持走專業(yè)化集中生產(chǎn)的道路，利用國內(nèi)現(xiàn)有工業(yè)鋁和汽車鋁合金零部件生產(chǎn)平臺，建立具有國際影響的規(guī)模化的汽車鋁合金輕量化產(chǎn)業(yè)，合理利用和調(diào)配有限的資源，發(fā)展鋁合金先進技術(shù)、新材料和新工藝技術(shù)，這是世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)達國家發(fā)展鋁合金輕量化的成功道路，也應該是我國汽車輕量化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效途徑。（3）政府建立汽車行業(yè)節(jié)能減排和環(huán)境保護與輕量化產(chǎn)業(yè)的杠桿調(diào)控機制，制定汽車產(chǎn)業(yè)輕量化發(fā)展的行業(yè)標準和法律法規(guī)，推行零部件產(chǎn)品系列化、標準化和通用化，力求使政策法規(guī)與行業(yè)標準統(tǒng)一規(guī)劃，有效實施。（4）積極開展國際合作，引進汽車輕量化新產(chǎn)品、新材料、新技術(shù)和新工藝，并在此基礎(chǔ)上消化、吸收和再創(chuàng)新，不斷提高汽車鋁合金和輕量化技術(shù)水平，以滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展需要。