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进一步拓宽汽车用铝材 车身ABS突破在即
发布时间: 2015-05-03 09:46:12 来源:admin

进一步拓宽汽车用铝材 车身ABS突破在即


2013年,中国轿车的油耗标准为7.5L/100km,按照国家节能减排的规划目标:2015年新车油耗标准应降到5.9L/100km2020年下降到4.5L/100km。这些目标均超过美国,其措施可以通过提高汽车铝化率来实现。美国联邦法案规定:2016年轿车油耗标准须达到7.6L/100km2025年应进一步降到4.5L/100km。日本规定:2015年轿车油耗标准应≤5.5L/100km,从2010年至2015年,车辆CO2排放量须减少29%。轿车行驶时,车的自身质量消耗的燃油占84%左右,乘坐人员消耗的燃油量仅约占15%。乘用车每减重100kg,油耗可下降0.30.7L/100km。目前,中国85%左右汽油消耗在各种汽车上,约75%的有害气体来自汽车排放。2011年中国石油对外依存度已升到56.5%,还有进一步上升的趋势,中国面临的能源形势异常严峻。

由此可见,汽车的轻量化在节能减排方面起着非常重要的作用,汽车轻量化的措施很多,有设计方面的、加工制造方面的、用材方面的。前两方面虽然不是没有潜力可挖,但在目前的技术条件下,轻量化的潜力很小。用低密度的轻质材料取代钢铁是最现实的选择,可用的轻质材料有铝、镁、钛、塑料、复合材料。但是在当前与今后一段相当长的时间内,无论从哪方面来看,铝及铝基复合材料都是最可取的,都是性价比最高的汽车轻量化材料与循环再利用的最好环保材料。

一、扫描全球纷至沓来的全铝车

为了减轻汽车的自重,各国的汽车制造商都是想尽一切办法,凡是可以用铝替换钢铁而又不大幅度提高价格的零部件大致都已经铝化,如全世界轿车的车轮铝化率已经超过80%,底盘一些锻件的铝化率也已经达到50%。由比可知,车轮的用量大,对减轻车身的重量起到了至关重要的作用,而锻件的用量很少,还不到车身自重的1.5%,对减重起不了多大的作用。目前,可减重的最大的板块是车身板,如果车身钣金件都用铝合金,那么车身自重就会下降18%以上,当前的技术可完全实现车身的全铝化。早在上世纪90年代,英国和德国的汽车制造商就已经推出全铝轿车,所谓全铝车,就是在现有的技术条件下,凡是可以用铝制造的零部件都用铝合金来制造。

英国制造的JAGUAR XJ220型全铝车于1993年问世,开全铝车之先河。它的底盘是粘结蜂窝铝结构,车身是全铝钣金件与铝型材骨架,还用了不少其他铝合金零部件,从而使车的刚度大为提高,质量却有显著的下降。

奥迪(AudiA8是全铝车的典范。奥迪A8车是1995年下线的,1997年进入美国。它的构架是德国奥迪汽车公司与美国铝业公司10年的研发结晶,铝板材与铝型材用了7种航空级铝合金,连接件是真空压铸的,它的质量比钢结构的要轻40%,而其安全性、可操控性、乘坐舒适性、燃油经济性、刚性等都有较大提升,被誉为21世纪的首款豪华轿车,引领21世纪轿车发展潮流。

Ferrari 360 Modena车身总质量仅1406.2kg。它的质量比JAGUAR XJ220车身质量更轻,且刚性更高,可控性更强,内部空间更大,而且性价比很高。铝在这款车的制造过程中,起到了至关重要的作用。相关数据显示,铝在Ferrari 360 Modena中的总用量为562.5kg,零部件铝化率达到40%

铝密集型的普利茅斯徘徊者(Plymouth prowler型车于2009年开始销售,它是美国克莱斯勒汽车公司(Chrysler)与美国铝业公司联手开发的,在该款车上除用了尽可能多的铝以外,还用了一些新的铝合金,并开发了一些新工艺。

奥迪TT新车型比上一代TT车型总车质量减轻50kg20143616日,在日内瓦车展上,奥迪汽车公司展出了新款TT跑车,其车身结构为铝合金及钢板组合ASF奥迪空间框架,门槛梁及车顶纵梁是用铝合金冲压而成的,前盖、车门及后备箱盖也全部都是用铝板制造的。

第七代雪佛兰汽车在20131月的底特律车展上出尽风头,在底特律车展上,第七代雪佛兰魔鬼鱼跑车以其独特的外形,优秀的结构成为最吸引观众眼球的新车,该车采用了铝合金框架车身,比上一代钢体车身的魔鬼鱼总车质量减轻了41kg,而刚性却提高了57%,因为其安全性及可控性都大为改观。

2013款奔驰SL系列整车瘦身140kg。德国奔驰汽车公司推出的2013款系列车型又有了新的发展,该系列车型不但采用了全铝车身,而且还容纳了尽量多的铝合金零部件,这些举措使车身减轻了140kg

美国福特汽车公司推出的F-150型车的全铝车身质量仅317kg,其较上一代该车型减重不少,且油耗下降了20%以上。另外,福特探险者(Explorer)和远征(Expedition)两款车型将追随F-150的足迹采用全铝车身,据称,福特公司所有的计划新车都尽量采用全铝车身,下一代福特Explorer将于2019年或2020年投产。

令人叹为观止的全新中型全铝豪华运动汽车JAGUAR XE不久将面世。在2014年北京车展上,JAGUAR 正式宣布F-TYPE Coupe双座高性能硬顶跑车在中国上市。展台上的C-X17概念车则昭示着JAGUAR的未来:进军SUV(多用途车,sport utility vehicle)以及车身结构轻量化。C-X17 SUV概念车首次将职能全铝构架纳入该车的设计,使其具有更高的灵活性与实现模块化,打造智能全铝车身。

首款全铝电动车特斯拉(TeslaS款汽车已于20126月交付,这是特斯拉汽车公司(Tesla Motors)的S型电动轿跑车采用的是全铝车身,所有的钣金件都是用ABS板冲制的。ABS带卷重9吨,诺贝丽斯铝业公司提供。全铝S型电动轿跑车由0提速到95kg/h仅需5.6秒。2012年该车已交付5000辆,但接受的订单已经超过12000辆。

英国全新的埃沃奎系列全铝越野车比以往任何埃沃奎西系列车型都省油(all-new Range Rover Evoque)。它的钣金件是用诺贝丽斯铝业公司的ABS冲制的,而且用的是高强度铝合金Anticorodal-600PXAC-600PX),它是一种抗腐蚀的Al-Mg-Si系铝合金,既有高的强度性能又有良好的成形性,是一种优秀的钣金件合金,其抗拉强度比典型汽车铝合金薄板约高20%,而其成形性能比任何其他高强度铝合金都好。由于合金强度的提高,板的厚度可减少15%以上。

通用下一代皮卡车将采用铝合金车体。美国通用汽车公司(GM Auto)于2013年末与美国铝业公司及加拿大诺贝丽斯铝业公司签署协议,根据协议,美国通用汽车公司将于美国铝业公司及加拿大诺贝丽斯铝业公司共同研发应用于下一代全铝皮卡车的铝合金,以达到在下一代SilveradoGMC Sierra车上采用更多的铝的目的,这样该两种车型将找到提高燃油效率与刚性上升的最佳平衡点。

日本丰田汽车公司将普及全铝车身。走大众市场的日本汽车工业也紧跟世界汽车铝化率提升的大趋势,丰田汽车公司计划在汽车制造中尽量多的使用铝金属。丰田汽车公司将于神户钢铁公司、日本联合铝业公司共同合作研发铝材在汽车中的应用,以普及全铝车身。

二、借新能源汽车推广东风 进一步加大汽车用铝

就全球而言,汽车制造是用铝最多的领域,2013年的用量约占铝表观消费量的26.5%,中国的用量低一些,仅占22%左右。中国用铝最多的部门是建筑部门。工业发达国家轿车用量已达148kg/辆,中国的用铝量没有确切的统计数据,估计不会超过115kt/辆,仅相当于发达国家的77.7%,所以推广铝在汽车中的应用潜力很大。

713,国家机关事务管理局、财政部、科技部、工业和信息化部、国家发展改革委联合公布了《政府机关及公共机构买新源车实施方案》明确了政府机关和公共机构公务用车新能源化的时间表和路线图:未来3年新公车30%须为新能源。720,国务院办公厅印发《关于加快新能源汽车推广力度,拓宽铝在汽车的应用》。

中国有色金属工业协会在推广铝在汽车半挂车中的应用做了许多工作,但推广面还应大些,例如:新能源汽车尽量全铝化,以节约更多的能源,虽然它没有直接减少温室气体排放,但少用电,也就降低了发电时的温室气体排放;现在全世界都在推进ABS的应用,我们更应该走在这种大趋势的前头,否则,与工业发达国家的差距会拉得更大。

中国房车市场正处起步阶段,这将是一个增长速度快容量又大的市场,该市场要求车的自身质量尽量轻些,所以它们的铝化率很高,美国的房车不管是拖挂式(价格1.8万美元/辆)的,还是名为The Heat的豪华房车(价格400余万美元,挂车长16.15m、高4.14m,居住面积102m2)都是全铝的。中国从现在起就应促进房车的铝化率。

除了继续推广铝在汽车半挂车中的应用外,还应推广铝在厢式货车、封闭货车、面包车、邮政车、快递车、运钞车、搬家车、工程车、清扫车、冷藏车、警车、巡逻车等车型中的应用。这些特种车不是以装重物为重点,易于铝化,单车的用铝量大,不但要用铝板材,而且要用相当多的铝挤压型材作为支撑骨架,铝化后可以取得明显的节能减排效果。在欧、美与日本等这类车的铝化率都在90%以上,可在中国除冷藏车外,其他的车几乎全是钢材。

特种汽车用的铝材全是普通工程铝材。虽然用铝材制造车,车的价格会有相当大的提升,但由于车的质量减轻,油耗大幅度下降,如快递车、邮政车、运钞车等在营运4年后就可以收回购车多付的费用。此外,还未计算温室气体的减排所创造的社会价值。汽车报废后,90%以上铝制零部件都可以得到回收,其价值相当于等质量原铝锭的75%,远比废钢高得多。不过,大规模推广铝在特种与专用车、厢式车中的应用也并非易事,因为铝的价格比钢材高,设计与维修、制造人员对铝材的特性并不娴熟,甚至有些技术人员认为铝合金车安全性较差,这显然是一个不小的误区,实际上铝材具有很强的吸能性,单位质量铝在碰撞时吸收能量是钢的2倍,在碰撞过程中,铝合金的变形可以吸收更多能量,因此铝材的应用不仅可以降低车的自身质量,而且能够提高汽车的安全性能,更能保护乘驾人员安全。

为了推广铝在汽车中的应用,除了加强宣传,提高相关人员对铝材的全面正确认识外,铝加工业应加强创新,提高现有合金的性能,不断推出性能更加优秀的汽车用铝合金,并派优秀的工程师赴汽车制造厂参与铝制零部件的设计、制造与加工,而更重要的是,有关部门应出台鼓励汽车制造厂尽量多用铝的强制性措施与政策,如对全铝车减免税、出售的厢式货车与面包车的最大油耗(L/100km)与CO2排放量,超过此标准的不让出厂与上路,等等。

目前,推广铝材在汽车中应用的最大难题是其价格高,特别是对经济型车来说。浙江吉利汽车研究院环保性能开发部轻量化技术科项目经理杨兴炎先生认为,车重降低1kg的成本如能控制在20元以内就好办了,然而目前采用铝材制造汽车零部件的成本远大于此数。

大幅度推广铝在汽车特别是经济型车中的应用是一件任重道远的事,只要我们坚持工作一定能达到目的,全世界的所有铝业大国都在这么做,我们应比他们做得更快与更好。2020年中国汽车工业的用铝量为2013年的4倍的这个目标就能达到。(未完待续

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