吳茹星 王慶國(guó) 趙飛 王仁鵬

摘要：專(zhuān)用汽車(chē)輕量化已成為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的熱點(diǎn)問(wèn)題，而輕量化材料的應(yīng)用則是最直接最有效的途徑。鋁合金以其特有的低密度、耐腐蝕、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，在專(zhuān)用汽車(chē)上逐漸大量使用，已成為輕量化的主要材料。本文概述了鋁合金在罐式車(chē)、廂式車(chē)、冷藏車(chē)以及零部件上的應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展前景及方向，提出了目前鋁合金應(yīng)用于專(zhuān)用汽車(chē)的難點(diǎn)和解決思路，為汽車(chē)用鋁合金材料的研究提供了新思路。

隨著現(xiàn)代汽車(chē)節(jié)能降耗要求的不斷高漲，安全和環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，“輕量化”已成為現(xiàn)階段汽車(chē)行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，在各類(lèi)展會(huì)及新品推介中，環(huán)保、節(jié)能且高效的輕量化車(chē)輛層出不窮。

高強(qiáng)鋼在我國(guó)專(zhuān)用汽車(chē)上使用最多，其設(shè)計(jì)水平、工藝制造水平已經(jīng)基本成熟。而由于鋁合金具有密度小、耐蝕性好等特點(diǎn)，且其塑性?xún)?yōu)良，鑄、鍛、沖壓工藝均適用，故近年來(lái)鋁合金專(zhuān)用汽車(chē)生產(chǎn)在國(guó)內(nèi)快速升溫，產(chǎn)量大幅提高。由文獻(xiàn)[1]可知，專(zhuān)用汽車(chē)質(zhì)量每減少50kg，每升燃油行駛的距離可增加2km；汽車(chē)質(zhì)量每減輕1%，燃油消耗下降0.6%?1%。從生產(chǎn)成本、質(zhì)量、材料利用等幾個(gè)方面比較，鋁合金已成為汽車(chē)生產(chǎn)不可缺少的重要材料。目前鋁合金已成為罐式車(chē)、廂式車(chē)、冷藏車(chē)及零部件上輕量化應(yīng)用的主要材料。

鋁合金在罐式車(chē)上的應(yīng)用

鋁合金罐車(chē)相對(duì)于普通碳鋼及不銹鋼罐車(chē)，不僅能大幅減輕車(chē)輛自重，提高運(yùn)輸效率，而且能延長(zhǎng)罐體的使用壽命。目前國(guó)內(nèi)罐體成型工藝裝備和焊接生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)成熟，采用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金焊接而成的罐體整備質(zhì)量低，相比碳鋼和不銹鋼罐體可減重40%，通過(guò)減輕車(chē)體自重而增加了有效載荷，單次運(yùn)輸?shù)呢浳镔|(zhì)量比傳統(tǒng)碳鋼罐車(chē)多18%?35%（噸位越大，差異越大），空載時(shí)可節(jié)油20%?30%，滿(mǎn)載時(shí)單位載荷節(jié)能15%，報(bào)廢后回收率可提高49%，并且耐腐蝕性能力比傳統(tǒng)碳鋼高70%以上，該特征使得罐體的相關(guān)維護(hù)成本大幅降低，罐體內(nèi)部清潔度高，具有很好的節(jié)能和環(huán)保效果。

如果按照罐式車(chē)所用材質(zhì)比例來(lái)看，有10%為碳鋼罐，20%?30%為不銹鋼罐，而60%?70%為鋁合金罐，未來(lái)罐式車(chē)的走勢(shì)是全面淘汰碳鋼罐[2]。從圖1可以看出，鋁合金罐車(chē)銷(xiāo)量正逐年快速増長(zhǎng)。從2015年到2016年，鋁合金罐車(chē)銷(xiāo)量增長(zhǎng)率達(dá)到了100%。表1為罐體常用鋁合金性能，5083、5454及5182是目前常用的罐體材料，可用于裝載油、汽油、化學(xué)制品、水泥和其他致密材料。在經(jīng)濟(jì)效益和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的雙重壓力下，采用鋁合金罐體己是罐式車(chē)大勢(shì)所趨。

鋁合金在廂式車(chē)上的應(yīng)用

鋁合金廂式車(chē)主要有鋁合金廂式半掛車(chē)和鋁合金翼開(kāi)啟運(yùn)輸車(chē)兩大品種。按照車(chē)輛鋁合金材料使用率大小可分為全鋁合金廂式車(chē)和鋼鋁混合廂式車(chē)。全鋁合金廂式車(chē)即車(chē)架、廂體均采用鋁合金材料制造；鋼鋁混合廂式車(chē)即車(chē)輛部分結(jié)構(gòu)采用鋁合金材料制造，如廂體采用鋁合金材料制造，而車(chē)架仍然采用鋼材制造。鋁合金廂式運(yùn)輸車(chē)可用鋁合金材料有：鋁板材、鋁合金型材、鋁蜂窩板、鋁鑄件等。由于鋁合金型材強(qiáng)度高、易成型等優(yōu)點(diǎn)，因此優(yōu)先使用鋁合金型材制造。

采用鋁合金制造的廂體自重輕，比同類(lèi)鋼質(zhì)廂體輕0.8t；強(qiáng)度高，抗?jié)q能力強(qiáng)，裝貨不易變形，地板可承載叉車(chē)裝卸貨；省維護(hù)，無(wú)需任何防腐防銹處理，使用壽命長(zhǎng)；外觀(guān)美觀(guān)，廂體側(cè)板平整，可用于噴涂宣傳廣告；風(fēng)阻小，側(cè)板平整能最大限度降低風(fēng)阻，省油；外觀(guān)靚麗，無(wú)腐蝕無(wú)銹跡；密封性好，利用獨(dú)立的型材結(jié)構(gòu)，無(wú)漏水現(xiàn)象。

鋁合金廂式車(chē)長(zhǎng)期以來(lái)受到歐美市場(chǎng)的歡迎。鋁合金廂式車(chē)有多種側(cè)板形式，既可以做成鋁合金蒙皮+內(nèi)襯板的結(jié)構(gòu)，也可以將鋁合金與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)合，形成復(fù)合側(cè)板結(jié)構(gòu)。由于其自重輕、裝載空間大、外形美觀(guān)，且可在表面噴繪廣告，在美國(guó)市場(chǎng)占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位。集裝箱用鋁合金型材所使用的合金主要有6061、6082、6351、6005、6063和6060等，其中6061和6082合金占90%以上，亞、美箱型主要用6061合金，而歐洲箱型主要用6082合金[3]。各材料性能如表2所示。

某汽車(chē)公司生產(chǎn)的一款名為“鋁行者”的廂式車(chē)廂體采用全鋁合金材料，自重僅6.2t，較鋼車(chē)減重3t，較同類(lèi)鋁車(chē)減重1t，載貨平臺(tái)降低，空間大，廂體擴(kuò)容8m3，可裝載更多貨物，且更節(jié)油，車(chē)輛使用壽命長(zhǎng)達(dá)10年以上，運(yùn)營(yíng)效益顯著，樣車(chē)如圖2所示。

鋁合金在冷藏車(chē)上的應(yīng)用

冷藏車(chē)是用于運(yùn)輸冷凍或保鮮貨物的封閉廂式運(yùn)輸車(chē)，有面包式冷藏車(chē)、廂式冷藏車(chē)及半掛冷藏車(chē)。鋁和鋼在性能與溫度關(guān)系方面的最大不同點(diǎn)在于鋼有低溫脆性，而鋁和鋁合金則沒(méi)有。當(dāng)溫度降低時(shí)，鋁及鋁合金在強(qiáng)度性能増加的同時(shí)，塑性也隨著溫度的降低而上升，因此鋁合金成為低溫裝備的良好材料[4]。汽車(chē)上常用鋁合金的低溫性能如表3所示。

圖3為某公司生產(chǎn)的一款14.6m的鋁合金冷藏車(chē)。整車(chē)廂體做工精良，外部為鋁合金，中部為保溫材料，內(nèi)部廂體采用食品級(jí)的FRP板材，安全無(wú)異味。地板為鋁合金型材焊接，密封性好，而且還帶有溝槽，有利于冷氣循環(huán)，讓車(chē)廂內(nèi)部各處的溫度保持一致。該車(chē)質(zhì)量?jī)H為8t，比普通冷藏車(chē)減輕2?3t，在長(zhǎng)途載貨時(shí)有明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，鋁合金冷藏車(chē)易清洗，不吸收和散發(fā)氣味，對(duì)人體無(wú)害，對(duì)環(huán)境友好。

鋁合金在其他零部件上的應(yīng)用

鋁合金零件不是要求單一強(qiáng)度或單一塑性，它需要的是強(qiáng)度與塑性相結(jié)合的綜合性能，要求有較低的熱膨脹率與較好的耐磨性。如果鋁合金零部件有后期熱處理要求的，還需要對(duì)鋁合金鑄錠中鈣、鈦合金元素含量以及濟(jì)含量提出特殊要求，在技術(shù)要求中要明確雜質(zhì)含量和是否進(jìn)行過(guò)變質(zhì)處理，以免發(fā)生雜質(zhì)過(guò)多或變質(zhì)處理導(dǎo)致的表面色斑及氣密性不良等材料缺陷。

隨著鋁加工技術(shù)的快速發(fā)展，變形鋁合金材料在汽車(chē)上的應(yīng)用日益増加。鋁合金在專(zhuān)用汽車(chē)零部件上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已遍及汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分[5]。如鋁合金車(chē)身覆蓋件（發(fā)動(dòng)機(jī)蓋及行李箱蓋）、缸蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管、散熱器、車(chē)輪、保險(xiǎn)杠防撞梁、儀表盤(pán)支架、底盤(pán)件、油管、導(dǎo)軌、行李架等部件。

前景及發(fā)展方向

專(zhuān)用汽車(chē)輕量化已成為世界專(zhuān)用汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)，鋁合金將作為今后專(zhuān)用汽車(chē)輕量化使用的熱門(mén)材料。我國(guó)專(zhuān)用汽車(chē)制造水平相對(duì)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家落后，但國(guó)內(nèi)專(zhuān)用汽車(chē)市場(chǎng)巨大，更具幵發(fā)潛力。目前鋁合金材料在專(zhuān)用汽車(chē)上應(yīng)用的主要難點(diǎn)在于：

a.是否影響部件的強(qiáng)度和剛度；

b.材料成本負(fù)擔(dān)過(guò)重；

c.材料加工成形工藝及后期過(guò)高的維修成本。

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行強(qiáng)度及剛度技術(shù)設(shè)計(jì)的同時(shí)，需結(jié)合鋁合金特性，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的價(jià)值核算分析，以達(dá)到最優(yōu)降重方案。只有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化與多種輕量化材料應(yīng)用相結(jié)合，才能達(dá)到在保證強(qiáng)度和剛度的前提下實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用汽車(chē)輕量化的目的。

結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家政策的扶持，節(jié)能、環(huán)保、安全以及輕量化已成為專(zhuān)用汽車(chē)發(fā)展的突破點(diǎn)。鋁合金材料價(jià)格不再居高不下，鋁合金焊接設(shè)備也已經(jīng)很成熟，國(guó)內(nèi)鋁合金專(zhuān)用車(chē)已逐漸走向全招化、多品種、多車(chē)型、專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，市場(chǎng)逐步升溫。鋁合金的大量使用，是實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用汽車(chē)輕量化有效可靠的途徑。

參考文獻(xiàn)

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