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车用铝材替代的发展方向及趋势

2016-05-27
【铝博士网】 由于电动车发展、大气污染、材料循环利用等诸多问题,铝材替代正在成为汽车轻量化的解决方案之一。日前,记者走访了多家车企和专家学者,全面了解车用铝材替代的发展方向及趋势。
  
  在北美,铝材替代已经走在全球前列,开始普及到高量产车。福特发布的2015款F-150车型则吹响了全铝材料普及的号角。


  F-150是全球首款采用全铝车身的高量产车, 采用全铝车身后,整车重量将减轻317kg,燃油经济性有望提高15%~20%。据悉,F-150是福特旗下的经典皮卡,多年高踞美国的十大畅销车榜首。 F-150在北美售价3万美元左右,属中端车型。福特F-150采用全铝车身,标志着传统整车厂大规模用铝合金材料的开始,全铝车身开始向中端车普及。


  目前最有希望普及的恰恰是电动汽车。在相同续航里程情况下,由于铝制电动车携带的电池重量小于钢制电动车,全铝车身比钢制车身需要的电池容量减少。尽管全铝车身成本较高,但由于节约电池成本,使全铝电动车具有价格优势。


  技术难题尚待解决


  虽然铝材应用越来越广泛,但很多车企在全铝车身探索过程中还是遇到了一些问题。常熟奇瑞路虎的焊接车间工程师告诉记者,车用合金铝材要求更高的焊接技术,点焊容易使铝变形,多数采用铆焊,这会增加成本。


  这位工程师表示,全铝车身一般使用铆接和胶合工艺拼装,铝合金材料本身并不适合传统焊接工业。由于铝合金材料对热较敏感,如果使用传统焊接工艺连接车身部件,会存在材料强度下降的问题,而且由于受热易变形。


  记者有幸参观一汽大众长春的第二轿车厂,在测量技术中心看到一辆奥迪A8正在做车身匹配检测,而奥迪A8的车身很早就应用了铝制轻型车身架构。巧合的是,一汽大众现场工程师正好拿这辆车解释匹配检测,“这辆车左前门上沿出现了肉眼不易察觉的凹陷,在做车身匹配检测时才发现,我们猜测可能是铝材塑形较钢材稍差造成的”。




  专家观点


  铝合金全面替代是系统工程


  南京航天航空大学先进材料与成形技术研究所所长、美国福特汽车公司特聘教授陶杰则认为,如果铝合金全面替代,则对车辆零部件结构设计以及车辆整体安全性设计提出了更高的要求;同时,厂商原先的焊接生产线就要全面改造,这些问题都是系统工程问题。铝合金的大量使用,可能更适合于全新生产线的中高端车型。


  陶教授认为,铝合金只是汽车轻量化的方式之一。汽车轻量化还可以通过另外两个方式解决,其一是结构优化和轻量化设计;其二是复合材料的应用,比如纤维增强复合材料等。


  小百科


  疑问一:铝制车能减重多少?


  答:一般情况下,交通工具的重量减轻10%,燃料可以节省8%;交通工具每使用1公斤铝,可降低20公斤二氧化碳排放。铝的密度约为钢的1/3,铝代替钢制造汽车,可使整车重量减轻30%~40%,制造发动机可减重30%,铝质散热器比相同的铜制品轻20%~40%,铝车轮可减重30%左右。


  疑问二:铝材更轻,会不会不安全啊?


  答:全铝车身吸收的撞击力量比钢还要大,因此更能保证车内驾乘人员的安全。因为铝的优良特性,今天铝合金已被广泛使用到汽车各部位,如仪表台及发动机支架、铝合金车轮、悬挂系统零件、保险杠防撞梁、汽缸、车门及热交换器等。


  疑问三:铝替代钢,买车成本不就上去了嘛?


  答:目前最经济可行的轻量化方案是用铝替代钢,因为节省的燃油成本相比于增加的购车成本,开始具备经济性。


  根据方正证券研究所的测算,在汽车中每使用1kg铝材,可减重2.2kg,按普通家用车计算,每年可节约近2升汽油,以目前的油价计算,约1.6年即可收回使用铝替代钢增加的成本。


  疑问四:铝材绿色环保吗?


  答:铝是最环保的绿色金属,具有良好的加工性能、物理性能、机械性能及抗腐蚀性。因其优异的综合性能,大到重要的航空航天器,小到包装容器、锅碗瓢盆,都离不开铝。



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