鋁雲匯 鋁業資訊 正文
廣告

汽車輕量化設計多半都是靠大比例使用鋁合金來實現

2018年07月16日 08:30:24 weINcar

  說到汽車的全鋁車身,繞不開的特點就是“輕”,除了那些價格不菲的頂尖超跑會大量運用碳纖維外,汽車輕量化設計多半都是靠大比例使用鋁合金來實現的。

  不過這不意味着鋁合金就便宜了,事實上全鋁車身還有另一個特點就是“貴”,這個不僅僅是材料本身的成本更高,還有門檻更高的制造工藝帶來的成本。所以能用全鋁車身的車型,或許到不了超跑的程度,但也是談不上什麼“經濟實惠”了。(例如當年奧迪的ASF全鋁車架也只在上代A8上面有應用,往下的其他車型實在cover不了這個成本,而且最新一代A8也放棄“全鋁”的概念了,在他們覺得合適的地方也還是用上了高強度鋼)然而上面兩條都只是鋁合金人盡皆知的特徵罷了,細說起來遠不止這麼簡單,並且全鋁車身的其他一些特點也都是和這倆特徵密切相關的。

  什麼是全鋁車身?真的就是100%的鋁嗎?

  應該沒有還會把全鋁理解成純鋁的吧?其實全鋁車身這個概念,是指車身結構部分主要是由鋁合金來制造,不僅僅允許部分非鋁制零件的存在,而且鋁在這裏頭也是以合金形式出現的。

  而鋁合金並不是指一種合金,實際上類別也挺多的,國際通行的規則是用一個四位數字加一個字母打頭的狀態代碼來區分鋁合金的種類,比如建築行業常用的6063-T5,第一位數字是1就代表是純度高於99%的純鋁,2-8分別代表鋁和銅、錳、硅、鎂、鎂+硅、鋅和其他元素組成的合金,9是備用組。後面的數字主要用於區分,就不再贅述具體邏輯,總之每一種配方的鋁合金都有特有的標號,對應特有的特性。目前汽車全鋁車身用到的主要是5系列和6系列,都屬於密度低,抗拉強度和抗疲勞性好的材料,可以在遠低於鋼材重量的情況下實現更高的強度,包括奧迪ASF全鋁車身等都廣泛應用。另外2系列和7系列也也有少量應用,2系銅鋁合金硬度較高,會用在一些車身鈑金件上;7系列主要應用是航空和軍工領域,屬於超硬、耐腐蝕、耐磨損的材料,當然價格也很感人,國內目前7系列鋁材主要依賴進口,不過前段時間蔚來發布的ES8白車身縱樑用到了7003鋁材(如下圖)。另外還有一些特別的鋁鑄件(HPDC)也有不少應用。

  搞清楚這些很多誤解也就不存在了,最起碼知道了“全鋁”並不等於“純鋁”。不同的鋁合金特性有所差別,但用在結構領域的鋁合金都有一個共性就是高強度,他們的硬度與同規格的不鏽鋼相比普遍更強,比如一般車身用的6系T4鋁合金在塗裝烘幹後屈服強度在200Mpa以上了,而SPCC/DC04也就150-160Mpa。另外全鋁車身並非一個整體,會根據車身不同部位的受力情況分布不同種類的材料(下圖,還是蔚來ES8,其白車身不同材質的鋁合金分布),一般會通過自衝鉚釘、激光焊接、膠接等方式連接,傳說中撞一下整個車身就廢的情況並不真實,可以通過專業工具把受損部分更換掉的,當然更貴是真的。

  1.優秀的輕量化效果。鋼的密度是7.8,而鋁的密度是2.7,傳統汽車中車身約佔整車重量的30-40%,用高強度鋼替代普通鋼材能減重約11%,而如果採用鋁合金能減重約40%。鋁合金在一輛整車中能夠使用超過500kg,帶來的效果是整車重量能降低40%左右。比如2012年發布的第四代路虎攬勝是攬勝系列車型首次引入全鋁車身概念,這一代攬勝比第三代車型輕了39%,成功減重350kg。從車上一下減掉了五個成年男性的重量,全鋁車身輕量化好處是不言而喻的,從動力表現、燃油經濟性到操控性能都會有很大提升。

  2.提高車身強度,增加安全性。論絕對強度的話鋁合金會略遜於鋼板,但低密度讓鋁合金有更大的優勢,同等強度鋼板和鋁合金,厚度比爲1:1.4,而重量比僅1:0.5,就是說鋁合金僅需一半的重量便能達到同等強度。一般全鋁車身用的鋁合金板件要比普通低碳鋼厚0.2-0.5mm,通過增加厚度能實現比高強度鋼更高的車身鋼性和抗扭性能。

  3.提升操控性。這一點是和前面兩點直接掛鉤的,輕量化能降低車身慣量,增加推重比,相同的動力水平下動力表現能有很大提升。而增加車身鋼性和抗扭性後,相當於車身增加了強化拉杆的效果,能給懸掛調校留出更充足的空間,提升車身極限。另外就是全鋁車身的車型一般也會在底盤懸掛方面進行一些優化,例如很少鋁車身的車型擺臂會又用回鋼材的,而全鋁懸掛組件能減輕簧下質量,對操控提升有一定幫助。

  4.超強的抗腐蝕性能。鋁本身並不穩定,很容易氧化。不過鋁氧化會在表面形成一層致密的氧化層,並且與基體牢固結合,穩定性很高能對鋁基體形成嚴密的保護。並且在溼潤大氣環境下,這個保護層能夠增厚。不過也因爲鋁的這種表面屬性以及導電性,全鋁車身的塗裝過程中也比較特別,電泳的槽液要經常更換,成本會更高。

  5.更好的可塑性。這一點也忍不住想提一下,鋁合金能塑造極美的車身曲面,比如捷豹C-Type、D-Type、以及“最美汽車”E-Type的鋁制車體,今天來看依然極富美感,而這種靈龍浮凸的曲面造型,在當時的技術來說,鋼材是極難做出來的。當然今天的衝壓、鈑金技術已經可以讓鋼材呈現出復雜的曲面甚至是銳利無比的折角(奧迪是最好的代表),不過還是有很多車出於設計考慮,在引擎蓋等位置選用鋁合金材質,只是這已經屬於車身覆蓋件的範疇了,和車體無關。

  爲什麼在全鋁車身性能優勢明顯佔優的情況下,今天市面上全鋁車身的佔比不過1%?很簡單,貴仍然是主因。

  一方面是純鋁的冶煉和鋁合金的加工成本都較鋼更高,鋁合金本身的價格較高;另一方面是加工工藝比較復雜,鋁合金在融化焊接過程中氧化鋁不溶阻礙填充金屬潤溼,會形成裂縫,需要通過攪拌摩擦焊接及激光熔纖焊等技術實現。而在不適合焊接的地方需要用到柳接和粘合劑連接。例如全鋁車身的捷豹XE全車需要2000多個柳釘,而粘合劑使用也需要對表面氧化層處理保證粘合效果,對環境要求較高,因而帶來較高成本。

  一般一個全鋁車身會用到自衝鉚釘、熱融自攻螺釘、鋁電阻點焊、冷金屬焊接、激光焊接、膠接連接等幾種甚至全部工藝,生產流程的復雜性和自動化程度要求都遠高於傳統車身。

  一個利好消息是電動車時代的到來可能會讓全鋁車身有大的發展,目前世界範圍內在政策的引導下,從傳統車企到新興的品牌都投入了電動車的行列,大量資金的投入讓這個趨勢已經不可逆。在電動車上使用全鋁車身,車重降低10%,電耗可以降低5.5%,從而續航裏程增加5.5%。而實現相同裏程增量需要增加的電池成本遠高於此。因而相比燃油車輕量化並不可觀的節油效果,輕量化讓電動車增加的續航裏程有意義的多。例如大衆e-Golf,通過使用全鋁車身成功減重187kg,而同時優化電池配置後成本降低了635歐元:

  目前市面上入門級的電動車續航裏程普遍不高,更多的用於城市通勤。走高端化路線的寶馬i系列直接用上了碳纖維車身,底盤結構採用鋁合金材料,已經推出的i3和i8售價都比較感人。再有就是運用全鋁車身的特斯拉Model S/X和蔚來ES8,而更入門的Model 3已經放棄了全鋁車身,採用成本更低的鋁/鋼混合材料。在可預見的未來,續航裏程會長期是純電動車最重要的指標之一,鋁制車身帶來的數百公斤的減重必然會是定位高端的電動車十分看重的一點,而全鋁車身更大範圍的應用或許能夠有助於這一技術降低成本,未來逐步下沉到更入門一些的車型。

  總的來說,鋁合金材質在性能層面表現是遠好過鋼材的,同等條件下全鋁車身能給車輛帶來安全性、操控性、燃油(耗電)經濟性、耐久性等全方位的提升,問題就是成本仍然很高,所以非豪華車很少能用到全鋁車身。福特F-150用上全鋁車身算是很平民化的一次進步了,不過那是美國的平民車,在中國還是豪車。

未經許可,不得轉載或以其他方式使用本網的原創內容。來源未注明或非鋁雲匯的文章,刊載此文出於傳遞更多信息之目的,不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。所有文章內容僅供參考,不構成決策建議。
鋁合金 相關的信息

立中集團鋁合金新材料(重慶)工廠開業

近日(2024年12月27日),立中集團的全資子公司——立中合金新材料(重慶)有限公司(簡稱:重慶立中)開業慶典,在重慶市沙坪壩區青鳳科創城舉行。此次慶典標志着立中集團在西南地區投資建設的年產10萬噸高性能一體化鋁合金新材料項目正式投產運營。重慶立中項目由立中四通輕合金集團股份有限公司(簡稱:立中集團)投資建設,項目佔地面積約63畝,分兩期實施。項目將建成智能化數字工廠,專

日上集團:公司在越南投資新建輕量化鍛造鋁合金輪轂智能制造項目項目正在積極推進中

有投資者向日上集團(002593)提問, 尊敬的董祕您好!貴司作爲國內商用車鋼輪最大的生產商、出口商,恰逢新能源汽車顛覆燃油車的黃金時代,有看到貴司積極布局國外市場,根據全球新能源銷量統計,新能源汽車銷量前十的品牌有6家是中國品牌,銷量份額佔比高達36.6%,遠超其他國際品牌,請問貴司在國內是否有跟國內頭部新能源企業合作,有無擴產/投資計劃,謝謝!公司回答表示,尊敬的投資者您好,公司車輪業務在替換
2025-01-02 08:57:43

愛柯迪:公司主要從事汽車用鋁合金、鋅合金精密壓鑄件的研發、生產及銷售業務

有投資者向愛柯迪(600933)提問, 天眼查App顯示瞬動機器人技術(寧波)有限公司成立,目前與特斯拉核心供應商關系如何?未來會在在人形機器人加強合作與應用嗎?公司回答表示,尊敬的投資者,您好!公司目前主要從事汽車用鋁合金、鋅合金精密壓鑄件的研發、生產及銷售業務,未來如有對公司經營業績有重大影響的事項,我們將按照有關規定及時進行信息披露。感謝您的關注!點擊進入交易所官方互動平臺查看更多
2024-12-31 18:02:24

永茂泰:公司生產的鋁合金主要用於燃油汽車發動機缸體、缸蓋、油底殼、支架、活塞、渦輪增壓殼體、變速箱端蓋等

有投資者向永茂泰(605208)提問, 請問公司鋁合金產品是否可用於機器人領域?公司回答表示,尊敬的投資者,您好!公司生產的鋁合金主要用於燃油汽車發動機缸體、缸蓋、油底殼、支架、活塞、渦輪增壓殼體、變速箱端蓋等,新能源汽車電池包組件、電機端蓋、逆變器殼體、減速器殼體等,以及汽車空調壓縮機缸體、缸蓋、支架、制動卡鉗等鋁合金鑄件。謝謝!點擊進入交易所官方互動平臺查看更多
2024-12-31 16:28:12

宜安科技:公司的輕質鎂鋁合金材料可以應用於低空經濟相關產品

有投資者向宜安科技(300328)提問, 您好,公司在鎂鋁合金方面有巨大的技術優勢,且鎂鋁合金符合低空飛行汽車的材料需求,公司是否已與相關公司合作,謝謝。公司回答表示,您好!感謝您對公司的關注。公司的輕質鎂鋁合金材料可以應用於低空經濟相關產品。公司將持續密切關注行業發展動態,推出符合市場和客戶需求的產品。謝謝!點擊進入交易所官方互動平臺查看更多
2024-12-31 15:58:50

銀龍股份:2100MPa高強度高疲勞性能鋼絲目前已研發完成,是目前國內外強度最高、抗拉伸疲勞性能最好的斜拉索橋用鍍鋅鋁合金平行鋼絲

有投資者向銀龍股份(603969)提問, 貴公司除了在主業領域深耕外,還擴展了哪些領域?是否取得進展和業績?公司回答表示,投資者您好,感謝關注。公司堅持預應力材料產業爲主營業務,在新產品、新工藝、新應用三個方面深入研發。2100MPa高強度高疲勞性能鋼絲目前已研發完成,是目前國內外強度最高、抗拉伸疲勞性能最好的斜拉索橋用鍍鋅鋁合金平行鋼絲。2200-2400MPa混凝土用超高強鋼絞線選擇國內鋼廠或
2024-12-23 17:59:09

美利信:公司在車聯網相關的通訊領域,能夠根據客戶產品升級和迭代發展需求,爲客戶提供相應的鋁合金精密壓鑄件產品

有投資者向美利信(301307)提問, 成渝經濟區對貴司發展是否有實質性幫助,東數西算,算力服務器等通信相關產業貴司是否參與?公司回答表示,尊敬的投資者您好,公司在車聯網相關的通訊領域,能夠根據客戶產品升級和迭代發展需求,爲客戶提供相應的鋁合金精密壓鑄件產品。感謝您對公司的關注。點擊進入交易所官方互動平臺查看更多
2024-12-20 08:58:09

豐華股份:公司子公司生產的鎂鋁合金零部件目前主要應用在汽車、摩託車和園林手動工具等終端產品上

有投資者向豐華股份(600615)提問, 董祕您好:【重慶:鼓勵市產業投資母基金和產業資本等出資組建具身智能機器人產業投資基金】請問貴公司的鎂合金材料可以供貨機器人行業或者低空經濟行業產品?公司回答表示,尊敬的投資人您好!公司子公司生產的鎂鋁合金零部件目前主要應用在汽車、摩託車和園林手動工具等終端產品上,在機器人行業或者低空經濟行業等領域暫未應用。謝謝關注。點擊進入交易所官方互動平臺查看更多
2024-12-17 18:28:45
更多與 鋁合金 相關的信息
微信免費鋁價推送
關注九商雲匯回復鋁價格
微信掃碼