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从全铝车身到碳纤维 揭秘汽车轻量化材料应用

野明月
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减少汽车自身质量是降低油耗最有效的措施之一。数据显示,汽车自重每减少10%,NEDC工况下能耗可降低6%~8%,排放降低5%~6%。而燃油消耗每减少1L,CO2的排放量减少2.45kg。轻量化的实现主要有三种手段:轻量化结构设计及优化、先进轻量化材料应用、先进轻量化制造技术应用。采用新型材料是汽车轻量化最直接有效的方法。

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。

实验证明,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%-8%;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%;汽车整备质量每减少100千克,百公里油耗可降低0.3—0.6升。

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常见的轻量化材料分为金属和非金属两大阵营。金属材料主要包括高强钢、铝合金、镁合金等;非金属材料包括工程塑料和复合材料等。提高汽车轻量化程度是各大厂家一直以来的目标,所以也就有了铝制和碳纤维的材料更多的运用到整体车身中。

1.铝合金

铝合金是目前汽车材料中应用最多的轻质材料,各项相关技术也比较成熟。铝具有良好的机械性能,其密度约为钢铁的1/3,易加工,导热性、耐腐蚀性好,铝合金强度高,同时具有良好的吸能性。据美国铝学会的报告,汽车上每使用0.45kg铝就可减轻车重1kg,理论上铝制汽车可以比钢制汽车减重40%左右。目前很多车型如奥迪A8、捷豹XFL、特斯拉等均已采用全铝车身。

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近年来,铝合金用于车身材料的加工方式的成本有所降低。以前都要将厚的铝合金板冲压成薄板再进行加工,目前通用引入了和钢板冲压类似的热冲压成形技术。

这对工艺的要求是十分严格的,由于摩擦力的作用,截面各处材料流动不均,容易在应力集中地方产生急剧减薄而发生破裂。协调好压边力与冲压力的关系,加上良好的润滑,是实现铝合金热冲压再次降低材料成本的关键。

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当然铝合金作为大范围量产的轻量化材料固然理想,也有自身的缺点,比如工艺复杂且后续维修费用高。

总的来说,铝合金材料可能会首先取代传统的钢材成为汽车轻量化的主要材料,但是由于焊接等一系列技术难题需要攻克,普通车企还不能把此类材料成熟的应用到汽车生产中。

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