浅述铝合金零部件对汽车轻量化的影响

浅述铝合金零部件对汽车轻量化的影响

龙双峰

湖北三环锻造有限公司 湖北省襄阳市 441700

摘要：随着国家碳排放、碳中和战略的实施和新能源汽车工业的兴起，车身减重的需求日益增加。铝合金是重要的轻量化材料。在节能减排、降低能耗的需求驱动下，汽车轻量化代表着当前汽车的发展方向，成为世界各国汽车工业竞相发展的目标。汽车轻量化对减少汽车尾气排放和提高汽车燃油效率两个方面起着重要作用，而在汽车轻量化中，铝合金零部件成为各企业重点研究的对象，本文主要论述了铝合金零部件的发展趋势，以及汽车轻量化未来的发展遇到的问题和解决建议。

关键词：铝合金零部件；汽车轻量化

引言

当代社会以惊人的速度发展着，社会大环境的快速发展带给人们更佳富足的物质生活，极大地满足了人们日常物质需要，人们对自身的生活要求绝不满足于温饱，有了更好的生活追求，特别是在汽车方面，人们希望通过汽车获得更大的便利的同时也积极响应国家倡导的节能减排号召铝合金是目前应用最广的轻量化材料。相比于传统的钢制车身，铝合金车体在设计及应用技术等方面均有其独特性。轻量化铝制车身及零部件从设计到完成包含结构设计、CAE分析、成型、连接总成、表面处理等五个关键步骤。在钢制车体铝化过程中，会根据现有钢制车身的刚强度及减重的需求进行多轮次结构优化;同时还要进行成形性分析，确定材料的类型和规格;开展零件试制，并对模具、工艺进行细致优化，保障成形合格率;零件制成后，通过机械连接、焊接等多种连接方式进行总成;对其进行涂装处理，形成最终的产品。

1铝合金零部件产业发展的建议

未来，为促进铝合金零部件产业持续高效发展，加快汽车轻量化进程，可以采取以下建议和措施：（1）加强政府统一管理与行业组织的有效协调，采取必要的行政手段，加强经济调控措施和政府资金支持政策，成立专门机构，推进汽车轻量化产业快速发展，为我国汽车行业的环境保护、节能减排，尤其是新能源汽车的开发和推广创造有利条件。（2）坚持走专业化集中生产的道路，利用国内现有工业铝和汽车铝合金零部件生产平台，建立具有国际影响的规模化的汽车铝合金轻量化产业，合理利用和调配有限的资源，发展铝合金先进技术、新材料和新工艺技术，这是世界汽车产业发达国家发展铝合金轻量化的成功道路，也应该是我国汽车轻量化产业发展的有效途径。（3）政府建立汽车行业节能减排和环境保护与轻量化产业的杠杆调控机制，制定汽车产业轻量化发展的行业标准和法律法规，推行零部件产品系列化、标准化和通用化，力求使政策法规与行业标准统一规划，有效实施。（4）积极开展国际合作，引进汽车轻量化新产品、新材料、新技术和新工艺，并在此基础上消化、吸收和再创新，不断提高汽车铝合金和轻量化技术水平，以满足现代汽车工业的发展需要。

2铝合金零部件在汽车轻量化发展中遇到的影响问题

近年来，随着汽车轻量化产业的创新与进步，铝合金零部件不断推动汽车轻量化产业向前发展，铝合金零部件产业也得到了很大的发展，但是，在发展的过程中，也遇到了一些问题：（1）近几年来我国汽车铝合金零部件制造业，虽然有所发展，但散、乱、差的局面尚未得到有效解决，整体产业规模小且分散，未形成强大的产业集群，缺乏统一管理和协调，缺少符合环保和节能要求的强制性法规和标准。（2）我国规模性较大的汽车产业大多数靠中外合资建设，自主品牌还没有真正做大做强，汽车零部件，特别是铝合金轻量化零部件引进的多，国产开发创新的少，形成了长期跟着别人走、总体落后的局面。（3）行业之间缺乏强大的组织协调和有效的沟通，未能形成像福特汽车与美铝公司，奥迪汽车与海德鲁铝业那样的紧密合作关系，虽然在2003年成立了“汽车轻量化技术创新战略联盟”，但有效职能还没有充分发挥出来。

3保障汽车实现轻量化的措施

3.1借助轻量化工艺实现

在汽车进行轻量化设计的时候，需要借助轻量化的工艺和结构优化以及新型材料等方面的助力。但是在实际的设计过程中，当汽车生产公司以结构优化的方式去设计零部件的时候，虽然可以实现轻量化的目的，但是使用旧的工艺进行生产时，却会出现不能满足国家发展需求的问题，因此，就要使用新型的制造技术。并且在使用新型材料进行零部件设计的时候，因为零部件本身就是需要特殊方式进行制造和焊接的，所以，可以更好地实现轻量化设计的目的。因此，在这些因素的影响下，使得轻量化的结构优化设计和新材料研究者提供助力，使其可以更好地为汽车质量的提升奠定基础，进而推动汽车行业的发展。现如今，主要从零件成形性上和制造工艺这两方面进行改革和创新。其中成形性上主要借助CAD/CAE/CAM等技术，促使冲压模具设计水平和零件质量显著提升。同时主要使用的新型成型技术有连续挤压变截面型材和激光焊接板技术以及高强板的热成形技术，为汽车的制造和生产提供极大的助力。

3.2以优化汽车结构的方式去实现

优化汽车结构主要从白车身以及子系统零部件等方面的结构进行优化。其中它的结构任务就是以满足工艺要求为基础去对结构形状以及尺寸进行设计。因此，把汽车结构优化分为尺寸优化和形状优化。尺寸优化：对截面和零件厚度进行设计，要满足多种性能的目标要求；形状优化：优化零件的重量和内部受力的均匀性，这种优化是一种在生物学增长规律为基础上而形成的数值优化方法。结构优化拥有研发成本少和更能实行轻量化效果的优点，也是被汽车生产厂家喜爱的原因。因为正常情况下，应有轻量化材料的应用需要的研发周期长以及较高的研发成本。但是结构轻量化可以促使汽车的各个部分得以优化和升级，进而可以更好地满足国民的需求。

3.3轻量化结构优化设计

对原有结构件进行轻质材料的简单替代仅仅是实现汽车轻量化的初级阶段，而实现轻量化的关键前提是进行合理的轻量化结构设计。更为具体地，汽车轻量化结构设计必须从整车的角度进行全方位的考虑，它同时包括汽车整体车身的拓扑优化设计和尺寸形状再优化设计。具体而言，拓扑优化设计运用多种综合分析技术和方法更为合理地优化各类材料的分布形式和连接方式，重点侧重于从宏观的层面通过零部件的薄壁化和中空化设计手段来实现车身整体结构的轻量化。通常是在完成拓扑优化设计的前提条件下下一步再进行尺寸和形状的优化设计，主要是通过对几何形状和尺寸、横截面积、节点位置等参数进行再次优化，目的是在维持基本刚度不发生变化的条件下达到轻量化的目的。在进行轻量化结构优化设计的过程中，自然界中的仿生学原理为其提供了良好的借鉴：在生物界的长期进化过程中，保持一定刚度的前提下一些生物体在生态构造上形成了重量轻、寿命长的特点。

结束语

综上所述，汽车轻量化设计是时代发展的趋势，更是国民生活水平和质量提升的要求。因此，在国家发展的过程中，就要对汽车轻量化设计的关键技术进行分析，采取相应的措施，保障设计的结果，提高汽车行业的发展速度。汽车轻量化以及铝合金在现代汽车生产中的应用越来越广泛，符合可持续发展理念，符合环保绿色理念，为了加快我国汽车工业用铝材的发展，迎合汽车工业现代化发展需要，必须强化宏观调控工作，支持研发汽车用新铝合金、新材料，提升生产工艺的优化水平，稳定产品质量，达到降低成本的目的。

参考文献

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[2]谭振中.汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用[J].商品与质量，2016（39）：99-100.

[3]王正科.铝合金在汽车轻量化中的应用.时代汽车，2021(1)：188-189.