【汽车工艺】铝合金材料随便用，车身设计是否变得更容易？

俊儿1966 2023-02-09 发布于吉林

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汽车轻量化与铝合金材料

汽车每减少10%的重量，可以大概减少6-8%的能耗(更节能)、减少5%制动距离(更安全)、减少8%加速时间(更高性能)。

所谓轻量化，就是保证碰撞安全性能的前提下，从结构优化、轻质材料、成型工艺、连接技术等4个方面来降低整车重量。也就是说，采用铝合金等轻质材料，只是轻量化系统工程的其中一环，而不是全部。

当然，这4个环节并不是同等重要的，业内正在经历着从早年“材料是基础、设计是龙头、工艺是纽带”技术路线，向“以新材料应用为导向，解决新材料应用过程中出现的设计和工艺问题”的转变。

也就是说，“轻质材料”是轻量化4个环节中最重要的一个。而铝合金作为工业常见金属材料，密度是钢的1/3，同时具有较高的比强度、很好的挤压性、很强的耐腐蚀性和高度的可回收性，是轻质材料的绝佳选择(钛合金与镁合金暂不讨论)。因此，说起轻量化必谈全铝车身，也就不足为奇了。

既然铝合金这么好，奥迪早在20年前就将全铝车身应用在量产豪华车型A8上。回到国内自主品牌，直到2012年的上汽荣威950才在铝机盖、前后防撞梁上有少量的应用，足足晚了20年。

自主品牌大多走的是铝盖+防撞梁→铝覆盖件→全铝车身的技术路线，甚至直到今天大多还是第一步。这是为什么呢？

图源：网络

除成本因素外，应用全铝车身是否还存在其他难点呢？

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全铝车身的应用难点

武侠世界中的顶级装备/秘籍，分为两种。一种是像软猥甲、凌波微步这样的，不依赖于使用者的资质，只要穿上用上就能发挥巨大作用；另一种则是像乾坤大挪移神功，威力更大，但若使用者修为不够，则可能走火入魔，反为其害。

那么全铝车身呢 —— 如果铝合金不要钱、随便用，是不是就一定能用出好效果呢？

深入研究之后，我发现并非如此。除成本之外，全铝车身的应用还存在三大难点：材料特性认知、成型工艺与连接技术。

第一点，材料特性认知不足

根据日本的JISH4000标准，铝合金材料按1000-7000分成七大类，也就是常说的5系铝、6系铝、7系铝等。

不同的铝合金特性差异很大，适合用在不同的位置。咱们以宝马新X5为例：

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5000系是铝镁合金(图中的AlMg3、AlMg4等)，固溶于铝基体中，形成固溶强化效应，是一种热处理不可强化的铝合金，具有良好的腐蚀性和焊接性能。通常应用于强度要求不高，形状复杂，对外观品质要求较低的覆盖件内板、空气清洁罩、挡泥板、承载地板，其中5038与5183两个型号的应用最广泛。
6000系是铝镁硅合金(上图中的AlMgSi、AlMg0.4Si1.2等)，具有较高的强度、较好的塑性和优良的耐腐蚀性，是最主流的车用铝全金材料，通用应用于顶盖、行李箱盖、车门等车身结构件。
7000系合金以锌为主，有时要添加少量镁、铜。拥有媲美钢材的硬度、焊接性能好，可热处理强化。主要应用于航空航天，说是“航空铝合金”，倒是一点也没吹牛。

如果采用传统的高强度钢作为车身的主要材料，那么主机厂可以通过供应商、招聘员工、历史资料等多种渠道来获得技术知识，加快车身的研发进程、缩短研发周期。

那如果采用全铝车身呢？对给主机厂带来巨大的难题：国内铝合金材料的供应商比较少、经验不足；初创企业没有历史资料；国内也很难招聘到全铝车身技术专家。

更不用说，**车型上的铝合金用量高达96%，超过奥迪A8成为历史新高；为了实现335kg的车身轻量化目标，航空7系铝也是第一次应用在汽车上，它的材料特性表现如何，谁也没有十足的把握。

别说在全铝车身发展较慢的中国了，就是放眼全球，全铝车身设计也是一个难题。

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面对上述难题，蔚来的解决方法是：从基础的材料特性研究做起，来弥补对铝合金的认知缺失。

在安全体验日现场，备选材料A与材料B从数值来看均满足要求，但在材料特性试验中，材料A出现断裂、表现不稳定、吸能效率低，而材料B未发生断裂、稳定折叠、吸能充分，因此最终选用了材料B。

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这些试验便是应用全铝车身的代价。

造车新势力的研发流程本来就被缩短，为了应用全铝车身又凭空增加了不少工作量，参与这项工作的工程师们，真的可以说是压力山大。难怪在会后的单独交流中，Pere表示蔚来ES8的全铝车身设计能够保证质量、按时完成，是一项值得骄傲的成就。

第二点，铝合金的成型工艺不同

对全铝车身来说，不仅材料特性是全新的，材料的成型工艺也是全新的。铝合金的主要成型工艺包括铸造、挤出、冲压。

如下图表征了材料的强度与延展性之间的关系，延展性越高，则成型难度越小。我们可以看到，与3代高强度钢材料相比，7系铝的延展性几乎垫底，成型难度很高。