汽车轻量化生产趋势分析：铝合金材料在汽车轻量化生产中是否必要

引言

国家经济结构的转型和高质量发展的要求，对各行各业经济性和环保性改造提出了底线要求，对于轻量化汽车制造行业来讲。

其制造工艺的经济性和环保性决定了汽车生产的性价比标准，同时也能够满足国家对于汽车制造行业中燃料利用率和碳排放的要求。

所以本文将从轻量化汽车的制造材料方面入手，介绍不同材料在未来轻量化汽车制造当中的具体应用，同时给出具体可行的材料选择建议。

汽车轻量化生产的价值以及可行性分析

在如今的汽车工业生产过程当中，有两个重要的指标需要重点关注：一个是汽车燃料能耗度，一个是汽车碳排放的合理化控制。

在当今的国际汽车制造厂平均油耗标准当中，汽车制造厂平均油耗标准参数值从1978年的18mile/gal增加到了2020年的35mile/gal，所以随着全球整体汽车制造厂平均油耗的不断升高。

在汽车的生产过程当中，对于燃料经济性的生产指标和碳排放减少指标应该作为21世纪汽车生产设计中重点需要规划和改善的指标。

• 汽车轻量化生产的物理可行性分析

在汽车的运行过程当中，燃料的消耗主要与汽车的重量成正相关的。当然也会受到其他因素的影响，比如说汽车轮胎与地面的摩擦力，车辆内部空调、音响等耗电设备的使用率等等。

但是从生产工艺的改善的难易程度来说，减轻汽车的重量可以实现汽车油耗的最大化下降，因此可以从这方面入手改善汽车的燃料性价比。

并且大重量的汽车往往需要更高的动力，所以通过减少汽车整体的重量，可以减少车辆对于动力的需求，进而从根本上降低对于油料的消耗。

根据国内外的有关数据显示，汽车重量基于自身每减少10%左右，其能源的节省率就可以稳定在8%左右。

同时，汽车的重量每减轻100千克，二氧化碳等温室气体的排放量就可以减少12克左右。因此，降低汽车整体的重量对于节省燃料以及减少碳排放具有立竿见影的效果。

• 汽车生产轻量化的历史趋势

而纵观汽车生产发展的历史，可以看到，汽车轻量化生产其实在美国20世纪70年代已经有了改进趋势，当时美国的汽车各生产厂商开始刻意的减少汽车的重量以及尺寸，从而能够满足1978年制定的国际汽车制造厂平均油耗要求。

当时减少汽车重量以及大小主要是通过将车身非承载部分改造成可以承载的结构，从而能够让空间重复利用，降低尺寸。

在汽车重量减少方面，主要是通过减少发动机的体积来实现，比如说将六缸或者是八缸的发动机由四缸发动机来替代，这些设计上的改进让当时美国汽车的平均重量，由1976年的一千八百三十九千克减少到了1986年的一千三百八十五千克。

但是随着汽车功能性的不断增加以及多样化发展，汽车平均的尺寸和重量又不可逆的开始增加。

主要原因还是因为当时汽车不仅变成了人们的出行工具，人们对于汽车运行过程当中的安全性以及娱乐性提出了更高的要求，一些安全装置以及游戏音响装置极大的增加了汽车的重量。

并且因为美国消费者实用性消费观的兴起，人们更加倾向于采购一些尺寸较大、排量更高的大汽车类型，所以当时汽车整体平均重量急剧增加。

但是，随着2007年全球油价的不断上涨以及人们环保意识的提高，人们对于汽车轻量化的需求又变得越来越高。

因此，无论是从物理技术角度还是从消费者需求角度，汽车轻量化发展趋势已然成了一个必然结果。

铝合金被应用在汽车轻量化生产中的必要性

综上所述可以看出针汽车重量以及尺寸的改变，主要通过对于汽车制造材料的选择上入手。

因为汽车功能化以及多样化的发展趋势是不可逆的，不能够为了减少汽车自身的重量而去减少汽车目前的功能，而从材料选择方面入手可以以最低的成本和最快的速度实现汽车的轻量化制造目标。

提到汽车材料，在20世纪70年代以前，汽车工业主要使用低碳钢以及铸铁作为重大负重零件的原料。

如今汽车行业当中制造车身主体使用的材料还是低碳钢和高强度钢，尽管目前低碳钢的地位正在被被其他的复合材料所取代。

但是作为钢这种制造材料来讲，其被应用在汽车制造工业当中的频率和占比仍然是比较高的。

所以，为了汽车轻量化制造有较高的突破，必须研究探讨多种用来替代钢的金属物质以及复合材料。

比如说通过铝合金、镁合金以及其他聚合物、复合材料等等。铝的特点优势是比钢轻，同时其强度跟硬度能够满足汽车运行的需求。

但是由于这种铝合金材料生产工艺比较的复杂，所以从生产价格方面要比较贵，尤其在大量使用的场景当中，无疑会为汽车制造企业带来巨大的成本。

所以其材料的使用往往聚焦于很多的概念车当中，难以被大规模的量化生产。

铝合金在轻量化汽车制造中的优势与不足分析

• 铝合金单位密度低

综上所述，铝合金被应用在汽车当中是得天独厚的。首先其密度相对钢来讲比较低。低密度就意味着单位体积的低重量。

同时铝合金的材料性质让其具有更高的碰撞能量吸收率。铝合金因为其导热性能较好还常被应用在一些散热器和热交换器当中，所以其散热效率较高，非常适合被应用在汽车散热部件的生产和制造过程当中。

• 铝合金强度等级多样化

通常制造铝合金可以通过铸造的方式和锻造的方式，其中铸造铝合金被应用的更加广泛。

因为铸造铝合金当中硅元素的含量比较多，而硅元素对于提高铝合金铸造时铝元素的流动性具有很强的推动作用。

所以铸造铝合金可以结合不同的技术以及温度条件进行铸造，从而获得不同的强度，并用在不同强度要求的汽车配件中。

• 铝合金的复用性强

铝合金根据其性质通常被应用在汽车的车身结构以及各种部件主体结构当中，比如说汽车的前置盖以及后备箱、车盖以及车身部位等等。

这些部位比较常用的铝合金通常是铝镁合金以及铝镁硅合金。比如说铝镁合金，属于非热处理型的铝合金。

而铝镁硅合金可以进行热处理，所以铝镁合金其成型性比较好，但在压制过程当中，过大的应力会对其表面产生较大的划痕，所以不太适合被应用在车身外的部位当中。

而铝镁硅合金既可以作为车身外的制作材料，也可以用作车身内部的制作材料。

比如说，许多汽车制造厂将铝镁硅合金用来制作车身外的主体框架，同时很多的车辆内部的冲压件、挤压件以及各种铸件也是由铝镁硅合金来制造完成的。

• 铝合金韧性强、压制难度低

在应用上，铝合金有很多的性能是钢材料比不了的，比如说铝合金的弹性程度相对比较的高，其弯曲的性能以及韧度要明显优于钢材，因此其冲撞的缓和性要好。

同时铝合金的可成型性比较的高，因此在生产制造工艺当中一些弯曲、卷边等工艺，很容易让铝合金能够成型，其生产的难度相对来讲比较的低。

但是铝合金的确存在一些劣势，导致其在生产过程当中不能够大规模应用。

首先就是铝合金的生产成本要比钢高两到四倍左右，同时生产加工铝合金的过程中需要大量的压制设备以及表面光滑度要求更高的模具，在整体的生产成本过程当中要高于钢很多。

但是考虑到铝合金可以进行回收和循环利用，所以用于汽车当中的铝合金材料可以进行回收加工，这样可以降低整体的生产成本。

所以在成本的选择上，车辆制造行业要根据整体的汽车生产供应链效率来去衡量铝合金的使用成本。

另外，在铝合金的链接焊接上，由于铝合金的电阻系数比较的低，所以铝合金进行焊接过程当中，其需要耗费的电量相对更高。

同时铝合金由于其导热性能更好，所以在生产过程当中，能量的损耗更高，其需要的能耗资源会高于钢铁。

最后，由于铝的耐腐蚀性能不如钢材，在生产过程当中以及电离的环境当中，很容易在其表面生成氧化膜，为后续的喷漆工艺和点焊工艺增加工作难度，所以对于铝合金材料的保存以及运输成本相对较高。

但是随着技术的不断进步以及铝合金生产工艺的成熟，制约铝合金成本的卡点最终会不断弱化。

参考文献：

《铝合金汽车轻量化与焊接技术探究》

《汽车铝合金材料的防腐蚀性能探究》

《车身轻量化-铝合金材料应用可行性分析》

《铝合金材料在汽车轻量化中的应用分析》