沖壓與模具工藝 2022-07-18 16:30 發表于江蘇

鋁合金是當前汽車白車身實現輕量化最為常用的材料之一，在量産車型中已經實現了大範圍的應用，而針對不同的車型定位和設計，鋁合金材料的應用策略和設計思路也存在一定的差異。

本文以2021年歐洲車身大會的兩款車型——奧迪e-tron和雪佛蘭Corvette為例，分析不同的鋁合金應用策略。

車用鋁合金材料

白車身減重是汽車實現輕量化的關鍵所在，鋁合金以其較高的比強度、良好的耐腐蝕性、成形性以及可連接性等一系列優良特性成為白車身減重的首選材料之一。目前在汽車白車身上常用的變形鋁合金包括5xxx系、6xxx系，7xxx系鋁合金由于成本原因應用較少。

表 1 汽車白車身常用變形鋁合金牌号及性能

鋁合金在白車身上的應用情況

1.奧迪e-tron

奧迪e-tron是典型的由上一代鋼制車身（鋁合金占比18%左右）切換成為鋼鋁混合車身（鋁合金占比50%左右）的車型。奧迪e-tron不僅在覆蓋件上大量采用了鋁合金材料，而且在車身結構件中也采用了一定比例的鋁合金材料。其中主要采用的鋁合金闆材為6xxx系鋁合金，占比達到了42%，如圖1所示。

圖 1 奧迪e-tron白車身材料占比

從圖2中可以看出，上車體各個部件中采用鋁合金減重效果最明顯的是車頂及橫梁，減重比達到了58%，同時采用鋁合金的上車體相比于鋼上車體減重達到了80.6kg。

圖 2 奧迪e-tron鋁合金車身減重效果

在奧迪e-tron鋁合金方案部件中，最為典型也是設計人員比較關心的點是奧迪e-tron采用的鋁合金B柱的方案以及相對應的碰撞安全性結果。奧迪e-tron的B柱上部采用了高強的6xxx鋁合金作為外闆，7xxx鋁合金作為内闆，而下部采用了激光拼焊的6xxx鋁合金，而B柱設計在應對側碰的時候也達到了和熱成型鋼同樣的結構安全性，其實這也驗證了這種鋁合金B柱方案的安全性，如圖3所示。

圖 3 奧迪e-tron B柱鋁合金方案

相比于鋼制B柱的方案，鋁合金材料的B柱雖然增加了B柱集成件的數量，但是卻實現了2.1kg的減重效果，如圖4所示。

圖 4 B柱結構設計圖示

除了B柱之外，奧迪e-tron車頂集成件的設計也做了較大的改變，除了大量采用鋁合金材料外，結構做了相應的調整，對于車頂梁進行集成化設計，減少了内襯加強件的使用，從而将原來的20個部件減少到了14個，重量也從48.7kg減少到20.4kg，如圖5所示。

圖 5 車頂結構設計

由于車頂梁和B柱對于整車碰撞安全性都至關重要，因此鋁合金材料替換方案的安全性也成為車身工程設計人員重點考慮的内容，從圖6中可以看出，e-tron采用的鋁合金材料的比強度與熱成型鋼相當，甚至稍高于熱成形鋼，因此采用鋁合金材料的方案可以在保證安全性的前提下實現一定程度的減重。

圖 6 奧迪e-tron車頂及B柱不同材料方案比強度對比

2.雪佛蘭Corvette

相比于奧迪e-tron，雪佛蘭Corvette鋁合金材料應用具有新的特征，包括鋁型材的使用、鑄造鋁的使用以及鋁型材增強嵌入式結構的使用。

圖 7 雪佛蘭Corvette白車身成型方式分布

1）鋁型材的使用。

從圖7中可以看出，雪佛蘭Corvette使用的材料主要是鋁闆材和鋁型材，C8相對于C7而言，鋁沖壓件的使用出現了一定程度的降低，主要原因在于鋁闆材價格的升高，而鋁鑄件的使用得到了增加。同時鋁型材的使用一直都保持在40%，其中一個主要原因是鋁型材相對于鋁闆材而言，模具成本得到很大程度的降低，日系企業在鋁型材方面的技術布局也在很早之前就已經開始。

雪佛蘭Corvette車身的框架結構上大量采用了鋁鑄件插入鋁型材的方式，如圖8所示。插入的鋁型材如果采用變截面或者真空結構，吸能效果比一般的沖壓件還要高，因此對于強度要求高的地方就可以采用7xxx鋁合金代替熱成型鋼，也能取得非常好的效果。

圖 8 白車身框架結構中鋁型材的使用

2）鋁鑄件的使用

對于白車身框架結構中的塔式結構，作為應力集中點，往往需要更高的壓潰強度和疲勞強度。使用鑄造鋁作為塔式結構的材料，由于可以加入更多加強筋設計，因此可以達到比鋼更高的強度，如圖9所示，更為重要的是通過鑄造工藝，可以在調運、裝配以及連接方面節省大量的成本，達到更好的經濟性，并實現更加低碳的效果。

圖 9 鋁鑄件的使用

3）增強嵌入式結構

由于7xxx鋁合金不僅材料成本高于6xxx鋁合金，同時在生産效率上也隻有6xxx鋁合金的三分之一，因此在雪佛蘭Corvette上鋁型材使用最多的還是6xxx鋁合金，但是對于6xxx鋁合金，該車型的設計采用了增強嵌入式結構，從而達到更高的強度，如圖10所示。

圖 10 鋁型材增強嵌入式結構使用

免責聲明：如涉及作品版權問題，請與我們聯系，我們将在第一時間協商版權問題或删除内容！内容僅代表作者個人觀點，并不代表本公衆号贊同其觀點和對其真實性負責！

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!