成果展示

汽車用鋁綜述

發布時間: 2014-03-23 16:19:14 來源:admin

1.汽車輕量化發展趨勢

一直以來,人們為了提高汽車的運動性能,實現良好的加速性與制動性,以及改善汽車的安全性,就必須減少汽車的慣性,而減少汽車慣性最直接的辦法就是減輕汽車的重量【圖1。

1:汽車行駛阻力與汽車質量的關系

隨著高污染、高油價、全球變暖等問題的日益嚴重,人們認識到節能減排的重要性和必須性。全球大量化石燃料的使用,導致了大氣中的CO2濃度日益增加【圖2,而CO2是汽車尾氣的主要組成部分,受到了人們廣泛的關注。世界上很多國家和組織對減少CO2的排放提出了具體的目標以及達成目標的期限,某些國家或組織還制定了強制性的法律法規予以執行。歐盟委員會在20071219日通過了提高汽車尾氣排放強制性標準的法案,根據該法案,歐盟將逐步加大對尾氣排放超標汽車的處罰力度。因此如何減少汽車尾氣CO2的排放成了擺放在各個國家和地區汽車制造企業面前必須解決的問題。

2:大氣中CO2濃度的變化趨勢(美國國家海洋和大氣局NOAA

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量,從而提高汽車的動力性,減少燃料消耗,降低排氣污染。根據日本汽車制造者協會(Japan Automobile Manufacturers Association)發表的資料,汽車重量每減少10%,CO2的排放量可以減少9%。傳統汽車使用的金屬材料絕大部分都是鋼鐵,而鋁的密度約為鋼鐵的三分之一,再加上鋁合金具有一系列其它優良特性,諸如比強度和比剛度高、彈性好、抗沖擊性能良好、耐腐蝕、耐磨、導電性能較好、高導熱、易表面著色、良好的加工成型性以及高的回收再生性等。為了節約能源、減少汽車尾氣對空氣的污染和保護日趨惡化的臭氧層,鋁合金材料得以迅速地進入汽車領域,其使用量正在不斷的增加【圖3。

3:歐洲汽車平均用鋁量變化趨勢(歐洲鋁業協會EAA

2.汽車用鋁范圍及其制造方法

2.1汽車用鋁趨勢及應用范圍

根據IKA,University of Aachen研究結果表明,一輛重量為1229kg的乘用車,在徹底使用輕量化材料以后,理論上可以減輕到785kg,即可以達到最大輕量化36%的水平【圖4。鋁合金是汽車輕量化過程中使用最多的材料,世界各個地區乘用車使用鋁合金比率呈逐年遞增的趨勢【圖5。

4:徹底使用鋁合金后,車輛極限輕量化試算

5:乘用車用鋁比例(日本鋁業協會JAA

在汽車各個構成部件中,有很多部件都可以使用鋁合金材料制造,NEW AUDI A8汽車已經實現了全鋁化。目前汽車行業內鋁合金材料已經應用的范圍如下所示【圖6】

6:汽車可用鋁部位(EAA

2.2汽車用鋁部件制造方法

用于制造汽車部件的鋁合金主要可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金【表1】。

1:汽車用鋁主要應用系統及零件名稱

鑄造鋁合金是適于熔融狀態下充填鑄型獲得一定形狀和尺寸鑄件毛坯的鋁合金,它在汽車上的使用量最多。鋁合金鑄件主要應用于發動機氣缸體、氣缸蓋、活塞、進氣歧管、搖臂、發動機懸置支架、空壓機連桿、傳動器殼體、離合器殼體、車輪、制動器零件、把手及罩蓋殼體類零件等。鑄造鋁合金生產方法可分為重力鑄造、低壓鑄造、砂型鑄造和精密鑄造。鑄造的優點是可以生產復雜立體形狀的零部件,后續精加工余量少,產生的廢料少;缺點就是不可避免地存在缺陷,壓鑄件還不能熱處理,因此在用鋁合金來生產要求較高強度鑄件時受到限制。為此在鑄件生產工藝上作了改進,鑄造鍛造法和半固態成型法將是未來采用較多的工藝。

變形鋁合金指熔融法制錠,再經受金屬塑性變形加工,制成各種形態鋁合金。變形鋁合金一般包括鋁合金板帶材、擠壓型材和鍛造材,在汽車上主要用于車身面板、車身骨架、發動機散熱器、空調冷凝器、蒸發器、裝飾件和懸架系統零件等。變形鋁合金可分為熱處理強化型合金與熱處理非強化型合金,其中的熱處理強化型合金可以通過熱處理提高材料的力學性能。生產變形鋁合金的缺點是難以實現具有三維立體復雜結構的零部件。

世界各國汽車工業用鋁合金材料的品種構成大體是相同的,其品種構成: 鑄件占80 %左右,鍛件占1%3%,其余為加工材【圖7。

7:汽車用鋁加工方式分布

汽車用鋁部品的制造方法如下所示【圖8

8:汽車用鋁合金主要制造方法

3.本公司生產汽車用鋁產品簡介

3.1汽車用擠壓材優點

目前本公司主要在進行汽車用鋁擠壓材的研發和生產,后續會投入對鑄件的研發。汽車用擠壓材主要有以下優點:

一是擠壓可以制造復雜斷面的產品,以便于減少零部件的使用量【圖9;二是可生產的產品形狀自由度大,可以實現板材焊接部件難以實現的功能【圖10;三是生產成本,特別是模具費用相對較低,一套擠壓模具的費用一般為幾千元,而一套汽車用大型型材沖壓模具費用則可能高達千萬之巨。

9:擠壓材可以實現減少零部件數量

10:擠壓材可以實現更大的形狀自由度

3.2本公司用于汽車擠壓材生產的鋁合金材料

和勝鋁業切合市場需求,積極開發汽車用鋁擠壓材,目前本公司為汽車用擠壓材開發的鋁合金材料主要有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:本公司研發的汽車用鋁合金材料

3.3汽車用鋁合金擠壓材制造技術

本公司研發并成功應用了汽車用鋁合金擠壓制造的三大核心技術。一是恒溫精密擠壓技術:該技術旨在對模具進行優化設計、對擠壓工藝實施嚴格標準管理,通過非接觸式紅外線測溫儀在線監測,保證擠壓出口型材溫度保持恒溫(標準值±5℃),從而實現型材尺寸穩定的綜合制造技術。該技術用于生產高精度異型材,如汽車天窗導軌、窗簾盒;

二是精密模具制造技術:本公司高精密模具采用電腦有限元分析設計,對擠壓時金屬在模腔內的流動進行3D實況模擬,確保模具設計的合理性。本公司配備有車床、銑床、磨床、慢走絲、電火花加工、CNC精銑等全套模具加工設備,確保模具的制造精度。該技術主要用于生產高精密、薄壁、多孔的微孔扁管;

三是用于生產晶粒度達到ASTM
E112-96標準8級以上材料的熔鑄及擠壓綜合技術:普通6061擠壓材,極易產生粗晶環或晶粒粗大等不良現象,如用此種材料加工汽車部件,其力學性能大大降低,特別是在鍛壓的時候,極易發生晶界裂紋、剝落等組織缺陷。本公司基于普通6061材料研發的H601合金擠壓材,通過調節微量合金元素的含量,抑制發生二次再結晶的傾向;對擠壓模具設計改善,減少鋁與模具摩擦形成的高表面能區;優化擠壓工藝,避免擠壓棒出??缀笤俳Y晶等技術;可實現批量生產晶粒尺寸小于30μm,總體達到ASTM E112-96標準8級以上【圖11的擠壓棒材,是生產高品質冷間鍛造汽車部件的最佳選擇。

11:普通6061擠壓材與H601擠壓材晶粒度對比

4.總結
節能、環保、安全是汽車技術未來發展的三大主題,而減輕汽車自身重量是汽車降低能源消耗及減少排放達到節能、環保要求的最有效措施之一。鋁合金材料具有眾多的優點,在汽車領域應用越來越廣泛。本公司切合市場的實際需求,大力投入對汽車用鋁領域的研發,為國際知名企業配套生產各類汽車用高品質鋁部品,這是本公司后續戰略發展方向之一,必將得到更進一步發展和提高。


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