鋁合金在汽車輕量化設(shè)計(jì)中的現(xiàn)狀

輕量化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的路徑與發(fā)展現(xiàn)狀

關(guān)于目前實(shí)現(xiàn)汽車輕量化設(shè)計(jì)的路徑，主要有兩種形式：一種是通過結(jié)構(gòu)的合理、精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，對車體的主要承力部件進(jìn)行加強(qiáng)、非主要承力部件進(jìn)行合理的弱化，在性能滿足的前提下盡量減小傳力通道截面大小，合理、精細(xì)化的選用材料板厚等來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)。另一種是使用新材料替代普通鋼材來實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，比如用鋁合金、GFRP（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）和CFRP(碳纖維)等密度更小的新材料來代替鋼材來實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，比如用強(qiáng)度更高、板厚更薄的熱成型材料（熱成型材料本質(zhì)上還是鋼材）代替普通高強(qiáng)度鋼來減少加強(qiáng)結(jié)構(gòu)零件的數(shù)量實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。

在實(shí)際的汽車設(shè)計(jì)中，這兩種輕量化途徑很多時(shí)候都是相互結(jié)合使用來較大限度的實(shí)現(xiàn)車體的輕量化設(shè)計(jì)，同時(shí)還促進(jìn)了彼此的發(fā)展。比如在車身A柱上邊梁、B柱等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，目前主流設(shè)計(jì)都是采用熱成型材料來替代普通高強(qiáng)度鋼材的設(shè)計(jì)，熱成型材料的使用本身是一種材料輕量化的設(shè)計(jì)，但是熱成型材料的使用又可以讓這些車身區(qū)域減少加強(qiáng)件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不等厚熱成型板的使用甚至可以讓B柱取消原有的鉸鏈加強(qiáng)板、限位器加強(qiáng)板等結(jié)構(gòu)。而精細(xì)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又促進(jìn)了不等厚板材、激光拼焊板材、鋁合金等的發(fā)展。

主流輕量化材料

既能保證車體結(jié)構(gòu)的性能，又能大幅度降低車體重量的材料，目前行業(yè)內(nèi)普遍使用的是碳纖維、鋁合金、鎂合金、工程塑料等密度較小的材料。這些材料在車體結(jié)構(gòu)中的使用，輕量化優(yōu)勢明顯。

目前車用輕量化新材料的成本普遍都偏高，目前國內(nèi)每噸車用冷軋汽車板材的成本在5000——9000之間，而每噸鋁合金的材料成本高達(dá)4.5萬左右，碳纖維的材料成本則更高，每噸約在80萬左右，又因?yàn)槠漭^高的成型廢品率問題，讓很多中低端車型在碳纖維的使用上更是望而卻步。所以目前采用鋁合金、碳纖維等新材料作為車身主結(jié)構(gòu)的車型售價(jià)基本都在40萬以上，鑄鋁件則較早就在發(fā)動機(jī)殼體、懸架擺臂、副車架等底盤和動力系統(tǒng)部件上使用，因所占車型開發(fā)成本比例較小，搭載車型級別不一。

從以上的分析來看，輕量化材料的使用占比可以從側(cè)面說明該地區(qū)汽車企業(yè)在汽車材料輕量化方面所處的行業(yè)水平，也能反映出該地區(qū)新能源汽車發(fā)展的水平。而且從目前的趨勢來看，隨著材料成本的進(jìn)一步降低，鋁合金車體的開發(fā)在未來數(shù)年內(nèi)或許會迎來一個(gè)爆發(fā)期，到2025年，鋁合金的生產(chǎn)規(guī)?？赡軙_(dá)到目前的四倍以上。