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汽车用铝综述

发布时间: 2014-03-23 16:19:14 来源:admin

1. 汽车轻量化发展趋势

一直以来,人们为了提高汽车的运动性能,实现良好的加速性与制动性,以及改善汽车的安全性,就必须减少汽车的惯性,而减少汽车惯性最直接的办法就是减轻汽车的重量 【图 1

1 :汽车行驶阻力与汽车质量的关系

随着高污染、高油价、全球变暖等问题的日益严重,人们认识到节能减排的重要性和必须性。全球大量化石燃料的使用,导致了大气中的 CO 2 浓度日益增加 【图 2 ,而 CO 2 是汽车尾气的主要组成部分,受到了人们广泛的关注。世界上很多国家和组织对减少 CO 2 的排放提出了具体的目标以及达成目标的期限,某些国家或组织还制定了强制性的法律法规予以执行。欧盟委员会在 2007 12 19 日通过了提高汽车尾气排放强制性标准的法案,根据该法案,欧盟将逐步加大对尾气排放超标汽车的处罚力度。因此如何减少汽车尾气 CO 2 的排放成了摆放在各个国家和地区汽车制造企业面前必须解决的问题。

2 :大气中 CO 2 浓度的变化趋势(美国国家海洋和大气局 NOAA

汽车的轻量化,就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。根据日本汽车制造者协会( Japan Automobile Manufacturers Association )发表的资料,汽车重量每减少 10% CO 2 的排放量可以减少 9% 。传统汽车使用的金属材料绝大部分都是钢铁,而铝的密度约为钢铁的三分之一, 再加上铝合金具有一系列其它优良特性,诸如比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐腐蚀、耐磨、导电性能较好、高导热、易表面着色、良好的加工成型性以及高的回收再生性等。为了节约能源、减少汽车尾气对空气的污染和保护日趋恶化的臭氧层,铝合金材料得以迅速地进入汽车领域,其使用量正在不断的增加 【图 3

3 :欧洲汽车平均用铝量变化趋势(欧洲铝业协会 EAA

2. 汽车用铝范围及其制造方法

2.1 汽车用铝趋势及应用范围

根据 IKA University of Aachen 研究结果表明,一辆重量为 1229kg 的乘用车,在彻底使用轻量化材料以后,理论上可以减轻到 785kg ,即可以达到最大轻量化 36% 的水平 【图 4 铝合金是汽车轻量化过程中使用最多的材料,世界各个地区乘用车使用铝合金比率呈逐年递增的趋势 【图 5

4 :彻底使用铝合金后,车辆极限轻量化试算

5 :乘用车用铝比例(日本铝业协会 JAA

在汽车各个构成部件中,有很多部件都可以使用铝合金材料制造,NEW AUDI A8汽车已经实现了全铝化。目前汽车行业内铝合金材料已经应用的范围如下所示【图6】

6 :汽车可用铝部位( EAA

2.2汽车用铝部件制造方法

用于制造汽车部件的铝合金主要可分为铸造铝合金和变形铝合金【表1】。

1 :汽车用铝主要应用系统及零件名称

铸造铝合金是适于熔融状态下充填铸型获得一定形状和尺寸铸件毛坯的铝合金,它在汽车上的使用量最多。铝合金铸件主要应用于发动机气缸体、气缸盖、活塞、进气歧管、摇臂、发动机悬置支架、空压机连杆、传动器壳体、离合器壳体、车轮、制动器零件、把手及罩盖壳体类零件等。铸造铝合金生产方法可分为重力铸造、低压铸造、砂型铸造和精密铸造。铸造的优点是可以生产复杂立体形状的零部件,后续精加工余量少,产生的废料少;缺点就是不可避免地存在缺陷,压铸件还不能热处理,因此在用铝合金来生产要求较高强度铸件时受到限制。为此在铸件生产工艺上作了改进,铸造锻造法和半固态成型法将是未来采用较多的工艺。

变形铝合金指 熔融法 制锭,再经受 金属 塑性变形 加工,制成各种 形态 铝合金 。变形铝合金一般包括铝合金板带材、挤压型材和锻造材,在汽车上主要用于车身面板、车身骨架、发动机散热器、空调冷凝器、蒸发器、装饰件和悬架系统零件等。变形铝合金可分为热处理强化型合金与热处理非强化型合金,其中的热处理强化型合金可以通过热处理提高材料的力学性能。生产变形铝合金的缺点是难以实现具有三维立体复杂结构的零部件。

世界各国汽车工业用铝合金材料的品种构成大体是相同的,其品种构成 : 铸件占 80 % 左右,锻件占 1% 3% ,其余为加工材 【图 7

7 :汽车用铝加工方式分布

汽车用铝部品的制造方法如下所示 【图 8

8 :汽车用铝合金主要制造方法

3. 本竞技宝生产汽车用铝产品简介

3.1 汽车用挤压材优点

目前本竞技宝主要在进行汽车用铝挤压材的研发和生产,后续会投入对铸件的研发。汽车用挤压材主要有以下优点:

一是挤压可以制造复杂断面的产品,以便于减少零部件的使用量 【图 9 ;二是可生产的产品形状自由度大,可以实现板材焊接部件难以实现的功能 【图 10 ;三是生产成本,特别是模具费用相对较低,一套挤压模具的费用一般为几千元,而一套汽车用大型型材冲压模具费用则可能高达千万之巨。

9 :挤压材可以实现减少零部件数量

10 :挤压材可以实现更大的形状自由度

3.2 本竞技宝用于汽车挤压材生产的铝合金材料

竞技宝铝业切合市场需求,积极开发汽车用铝挤压材,目前本竞技宝为汽车用挤压材开发的铝合金材料主要有 S120 3003 6063 H601 6061 H755 7075 7050 等,其主要特性及使用功能如下表所示 【表 2

2 :本竞技宝研发的汽车用铝合金材料

3.3 汽车用铝合金挤压材制造技术

本竞技宝研发并成功应用了汽车用铝合金挤压制造的三大核心技术。一是恒温精密挤压技术:该技术旨在对模具进行优化设计、对挤压工艺实施严格标准管理,通过非接触式红外线测温仪在线监测,保证挤压出口型材温度保持恒温(标准值± 5 ℃),从而实现型材尺寸稳定的综合制造技术。该技术用于生产高精度异型材,如汽车天窗导轨、窗帘盒;

二是精密模具制造技术:本竞技宝高精密模具采用电脑有限元分析设计,对挤压时金属在模腔内的流动进行 3D 实况模拟,确保模具设计的合理性。本竞技宝配备有车床、铣床、磨床、慢走丝、电火花加工、 CNC 精铣等全套模具加工设备,确保模具的制造精度。该技术主要用于生产高精密、薄壁、 多孔的微 孔扁管;

三是用于生产晶粒 度达到 ASTM
E112-96 标准 8 级以上材料 的熔铸及挤压综合技术:普通 6061 挤压材,极易产生粗晶环或晶粒粗大等不良现象,如用此种材料加工汽车部件,其力学性能大大降低,特别是在锻压的时候,极易发生晶界裂纹、剥落等组织缺陷。本竞技宝基于普通 6061 材料研发的 H601 合金挤压材,通过调节微量合金元素的含量,抑制发生二次再结晶的倾向;对挤压模具设计改善,减少铝与模具摩擦形成的高表面能区;优化挤压工艺,避免挤压棒出模孔后再结晶等技术;可实现批量生产晶粒尺寸小于 30 μ m ,总体 达到 ASTM E112-96 标准 8 级以上 【图 11 的挤压棒材,是生产高品质冷间锻造汽车部件的最佳选择。

11 :普通 6061 挤压材与 H601 挤压材晶粒度对比

4. 总结
节能、环保、安全是汽车技术未来发展的三大主题,而减轻汽车自身重量是汽车降低 能源 消耗及减少排放达到节能、环保要求的最有效措施之一。铝合金材料具有众多的优点,在汽车领域应用越来越广泛。本竞技宝切合市场的实际需求,大力投入对汽车用铝领域的研发,为国际知名企业配套生产各类汽车用高品质铝部品,这是本竞技宝后续战略发展方向之一,必将得到更进一步发展和提高。