铝合金在汽车轻量化生产中的应用

周庆涛 韩军乾

摘要：铝合金是一种常见的有色金属工业材料，广泛应用于汽车、航空、机械制造等领域。随着工业经济的不断发展，对铝合金的需求越来越高。本文以铝合金在汽车工业中的应用及前景为主要研究对象。

关键词：铝合金;汽车轻量化生产;应用

一、前言

根据交通管理局统计，截至2021年上半年，我国汽车保有量2.92亿辆，已于美国基本持平。

截至2021年6月底，全国有74个城市的汽车保有量超过100万辆，随着我国经济的发展汽车保有量会持续提高，但随之而来也对我国的环境保护提出了更高的要求。我国已相继颁发各类减排法规，汽车行业减排为大势所趋。

汽车在行驶的过程中，必须要克服包括滚动阻力、加速阻力、爬坡阻力和空气阻力这四种阻力。除了空气阻力之外，滚动阻力、加速阻力和爬坡阻力都和汽车的整车质量成正比关系。试验数据表明若汽车自重每降低 100kg，那么行驶 100km 就可以节约 0.3L 至 0.6L的燃油，排放下降有4%。

二、汽车轻量化技术

2.1 结构优化设计实现轻量化

结构优化的主要任务是在满足工艺要求的前提下设计结构的形状和尺寸，主要包括尺寸优化、形状优化、拓撲优化和多学科设计优化。

2.2 先进制造工艺

实现汽车轻量化的先进技术主要包括液压成形技术和激光焊接技术。液压成形技术。20世纪70年代末，德国率先开展管道液压成形技术的基础研究，90年代初率先将管道液压成形技术应用于汽车零部件制造。传统的冲压焊接工艺相比，液压成形技术可使零件成本降低11%，设备成本降低14%，零件质量降低7.3%。目前，50%以上的汽车底盘都配备了液压成形产品。

激光焊接技术。该技术是20世纪60年代发展起来的以高能量密度激光为热源的精密焊接技术。其应用领域包括汽车零部件的激光焊接、板材的激光焊机和车身的激光焊接。激光焊接已成为汽车制造和生产中最重要的焊接方法之一。

2.3 轻量化材料的应用在轻量化技术中，轻量化材料的开发和应用是当前最主要研究方向。在轻量化材料的使用方面，用高强度钢和铝、镁合金替代普通钢来制造汽车主要承载构件已成为一个发展趋势。

三、汽车轻量化材料-以铝合金为例

铝是第一种替代钢的汽车制造材料。目前，在汽车制造业中，铝已成为仅次于钢和铸铁的第二大消费材料。在整车中，质量最大的部件是动力系统、底盘系统和车身。这三个系统的总质量达到整车质量的83%，其中车身质量占28%。根据欧洲铝协会的预测，汽车材料的渗铝率达到60%在经济上是可取的。根据达科国际（Ducker Worldwide）公布的研究数据表明，欧洲汽车平均用铝量自1990年已经翻了三倍，由50kg增长到目前的151kg，并将在2025年增长至196kg。

近年新能源汽车的大规模推广应用，更进一步提高了铝合金材料在汽车轻量化中的应用。新能源车平均铝消耗量为 141.5 千克，比传统汽车用料高出50%左右。2019年9月，国际铝业协会发布《中国汽车工业用铝量评估报告（2016-2030）》预测，因为新能源的崛起，2030年中国汽车行业用铝量将增加两倍多，从380万吨增加到2030年的910万吨，其中新能源车耗铝量占全国铝消费总量的比重从2018年的0.42%提升到2030年的7.22%。

汽车用铝合金挤压型材应用有：保险杠防撞梁、吸能盒、电池托盘、仪表盘支架、副车架、滑动轨元件、散热器及其支架、油管、热交换器的接头等截面一致且形状复杂的构件。

四、结论

受需求和国家政策影响，国内越来越多的企业开始从事轻质材料生产。根据相关研究数据显示，预计2025年中国新能源汽车用铝需求将达176万吨，传统汽车用铝需求将达446万吨，20-25年年复合增长率为50%。根据中汽协统计，2020年中国新能源汽车产量中纯电动乘用车、混动乘用车和新能源客车占比分别为72%、19%和9%。

未来5年汽车用铝生产项目增速或达8.6%，其中新能源用铝增速达49%。铝合金在汽车轻量化生产中的应用将依托新能源产业实现跨越式发展。

参考文献

[1]武仲河，战中学，孙全喜.铝合金在汽车工业中的应用与发展前景[J].内蒙古科技与经济，2008（09）.

[2]孙丹丹，李文东.铝合金在汽车中的应用[J].山东内燃机，2003（01）.

[3]周海飞，杜楠，赵晴.复合电沉积工艺研究现状[J].电镀与涂饰，2005，24（6）：41-46.