看好全球每年有高达数亿个汽车铝轮圈须仰赖机床切削加工的庞大市场商机，继福裕于去年一口气开发出三款立式车床后，远东机械旗下转投资的发得科技，也积极筹备要在九月份推出具备有自动交换工作台的立式车床，专用在大型铝轮圈加工上，并强调加工效率超越同业，欲与台中精机、油机等既有业者争抢市场大饼。    远东机械董事长庄国辉指出，CNC卧式铝轮圈加工机，一向是远东的营运强项，过去较辉煌时期，台湾地区市占率曾高达四七％，唯当台中精机等同业转进立式车床领域，用来加工更大型的轮圈时，远东因处于经营艰困期，研发脚步未再跟进，致坐失市场失去。    所幸远东在机床的核心竞争力并未流失，经重新聚焦后，子公司发得科技新研发的CNC 立式铝轮圈加工机原型产品已出炉，正在进行较后测试，期将运转失误率控制到较低状态，其较大特色为机台附有自动交换工作台，经过特殊设计，其两个铝圈每次切削加工时的交换速度可较同业少了四秒，加工效率明显增进不少。     庄国辉认为，全世界每年汽车生产量已达六、七千万辆，以每辆车拥有四个轮胎与一个备胎计算，一年汽车轮圈的需求量即达三亿个以上，当中至少会有半数是配备铝轮圈，而远东新设计的立式铝轮圈加工机，重量仅为同业一半，加工性能又比同业佳，九月份上市后市场应有强大需求，未来销售量应可迎头赶上同业。    另外，磨床大厂福裕在开发出三款立式车床后，由于半年来销售未有很大进展，为寻求突围，福裕决引进日本顾问驻厂服务，并以轮圈加工效率高出同业二○％做号召，及采取让购买者在福裕工厂内不断试用新机直到满意的的做法，来争取购买者的信任，扩张内销市场。

汽车车身用铝合金材料主要包括2000系、5000系、6000系合金板材、型材、管材及高性能铸铝，不同受力部位采用不同型号的铝合金材料。     骨架部分：车身受力最大的部分，采用2000系或7000系材料，可热处理强化。     蒙皮部分：车身次要的受力部位，采用5000系或6000系材料。     车门部分：采用5000系或6000系材料。     底板部分：采用5000系或6000系材料。     内饰部分：采用1000系或5000系材料，无热处理强化。     座椅部分：采用2000系或6000系材料，可热处理强化。     铸件：采用高性能铸铝合金，可热处理强化。     铝合金板材主要有2000系、5000系和6000系合金。     2000系合金是一种热处理可强化的铝合金，具有优良的锻造性、较高的强度和良好的焊接性能，很好的烘烤强化效应，但其抗腐蚀性则比其他系列的铝合金差。目前，2036和2022合金已部分用于汽车车身板材。     5000系合金是一种热处理不可强化的铝合金，具有良好的抗腐蚀性和焊接性能，但退火状态下在加工变形时可能产生吕德斯线和延迟屈服，因此主要用于车身内板等形状复杂的部位。     6000系合金属于热处理可强化铝合金，具有较高的强度、较好的塑性和优良的耐腐蚀性。与钢板相比，6000系2T4态板材的屈服强度和抗拉强度相近，硬化系数甚至超过钢板。目前，6009、6010和6016铝合金由于其塑性好，并在成形后的喷漆烘烤过程中可实现人工时效而获得较高强度等特征，被用于汽车车身外板和内板。奥迪A8的车身板采用了本系铝合金。另外，为增强汽车的缓冲能力和增强抗疲劳强度，德国VAW、日本KOK、中国西南铝业均以此系合金为基础，研制和开发了高性能的汽车用铝板和铝型材。目前，6000系合金为车身板主力。

摘要：能耗和节能减排成为社会发展的一个重要课题，汽车工业将怎样发展？锻造铝合金在汽车轻量化技术上能得到怎样的应用？　　关键词：汽车轻量化；铝合金锻造；无锡海特铝业有限公司　　ABSTRACT：　　KEYWORDS:Lightweight of automobile,Aluminium forge,Wuxi Hatal aluminiumco.,ltd.　　1引言　　汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整体质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排放。目前在汽车轻量化技术中，铝合金，镁合金等轻金属材料，塑料，铝基复合材料，钛合金等都有应用。在金属材料中，铝合金由于材料的经济性，易加工成型等特点，已经在汽车轮毂，发动机，支架，壳体等零件中广泛应用；而铝合金锻造更是进一步提高有强度高，在同等条件下，可以减轻重量；轮圈，悬臂，转向，制动系统已经有锻造铝合金零件的应用。　　2常用的锻造铝合得奖号和力学性能　　表1：常用铝合得奖号和力学性能    *为了获取特殊的性能参数，可以适当增加合金配比比例。　　*抗疲劳性能，蠕变性能等特殊性能要求，需要提供T651，T62，T351，T42，T451等状态。　　3铝合金锻造的优越性　　1） 重量轻；　　2） 强度好；　　3） 加工性能优良；　　4） 外观漂亮；　　5） 可循环利用，对环境危害小；　　6） 良好的导热，导电性能；　　7） 耐腐蚀性好。　　4铝合金锻造在汽车零部件的典型应用　　1） 锻造铝合金轮毂：用锻造工艺生产的轮毂，机械强度高，重量轻，散热好，对燃油消耗和轮胎损害都有很大帮助。　　2） 悬挂系统控制臂：宝马、奔驰等高级轿车的悬挂系统中已经大量采用铝合金锻造件，包括控制臂拉杆，横梁，转向节，卡爪等。由于铝合金的优良性能和轻量化，中级轿车上已经部分采用，并有进一步发展的趋势，譬如帕萨特轿车，在前桥上就有6件拉杆件在应用。　　3） 发动机活塞：美国Wiseco推出的锻造活塞在提高发动机动力方面广受赞誉，轻量化的锻造材料应用在汽车竞赛，摩托车竞赛上表现优异。　　4） 其它应用方向：齿轮箱，变速箱，轴承座等。　　5锻造铝合金内在质量要求　　1） 锻造铝合金零件大多数都是安全件，又是大批量生产制造，对铝合金材料的内在质量要求非常高。锻造铝合金零件一般经过如下主要制造流程：　　合金熔炼---铸造---挤压---锻造---热处理---机械加工　　 合金熔炼成分配比，除气，过滤，铸造逆偏析，挤压过程质量，锻造金属流线，热处理温度，时间，晶粒度控制，尺寸精度等等，需要非常系统的过程控制才能达到稳定，可靠的汽车安全零件。　　2） 专业汽车锻造铝合金材料企业介绍：无锡海特铝业有限公司　　无锡海特铝业是中国汽车用铝技术领导者，特别是在精密铝管技术上一直引导行业的发展。目前是大众，通用，奔驰，福特，雪铁龙，标致，丰田，本田等世界汽车制造巨头铝合金材料合格供应商。　　海特铝业开发的铝镁硅锻造铝合金已经成功应用在汽车悬挂系统零件,该产品成功解决了从铝合金熔炼到挤压过程中的质量难题,并为锻造厂家找到材料经过锻造后性能降低和不稳定的原因。　　公司拥有世界一流的浇铸技术和国内创先的铝挤压技术，全新的检测设备、严格的工艺规定、完善的培训系统和质量保证系统确保产品质量完全达到国内外客户的要求，并把国内汽车用铝管、棒、型材的质量提升到世界一流产品的水平。　　公司通过了ISO/TS16949：2002质量体系认证，认证公司为德国DQS，产品面向的市场区域为国内市场及亚太地区。

跟着环境污染和能源危机的日益加剧，减轻车重、下降油耗成了轿车行业绿色开展的重要方向。依据相关计算，乘用车的分量减轻10%，油耗将下降6%～8%。可见，轿车轻量化不光能够在必定程度上缓解能源危机，还能对环境污染的操控做出奉献，因而，轿车轻量化这一主题具有了十分严重的现实意义。        国际上最早把铝材运用的轿车上的是印度人。依据相关资料记载，1896年印度人率先用铝制作了轿车曲轴箱。20世纪前期，铝在奢华轿车和赛车上有了运用，如福特的Model T轿车就是铝制车身。车身的分量约为轿车总分量的30%，故车身的轻量化占有无足轻重的位置。        在轿车表里板上用铝合金板替代钢板可使车身减重约40%-50%；如选用铝合金掩盖件整车减重10%-15%，可见选用铝合金车身板的减重效果十分明显。        德国奥迪A8L型高级轿车的整个车身均选用铝材制作，如图1所示，结构选用立体结构式结构，掩盖件为铝板冲压而成。这种铝车身与钢车身比较，质量减轻30-50%，油耗减低5-8%。        图2为铝合金的分类状况。铝合金的分类和牌号相对比较复杂，轿车上运用的铝合金能够分为铸造铝合金和变形铝合金两大类。其间，铸造铝合金的运用量大约占了80%。                铸造铝合金具有优秀的铸造功能，能够依据运用意图、零件形状、尺度精度、数量、质量标准、机械功能等方面要求和经济效益挑选适宜的合金和适宜的铸造办法，首要用于制作发动机汽缸体、离合器壳体、转向器壳体、变速器、车轮、发动机结构、制动钳、油缸及制动盘等非发动机构件。        变形铝合金包含板材、箔材、揉捏材、锻件等，一般在轿车上首要用于制作车门、行李箱等车身面板、保险杠、发动机罩、车轮的轮辐、轮毂罩、制动器总成维护罩、车身构架、座位、车厢底板等结构件以及仪表板等装修件。        下面，就铝合金在轿车上的几个首要运用部位进行介绍：        一、铝汽缸体、汽缸盖        发动机的汽缸体、汽缸盖要求材料导热性好，耐蚀性高，铝合金正好能满意这些功能要求，故许多轿车公司发动机的汽缸体、汽缸盖多选用全铝型。如美国通用轿车公司选用全铝钢套，法国轿车的铝汽缸套已达100%，铝汽缸体达45%。在发动机中选用铝铸件的还有发动机活塞、活塞环、连杆等。因为活塞、连杆选用了铸铝件，减轻了分量，然后减轻发动机的振荡，下降了噪音，使发动机的燃油耗率下降，很契合轿车的开展趋势。        2012年，比亚迪317QA上市，该车选用全铝发动机，在确保发动机功能的一起，更能削减油耗。                二、引擎盖        引擎盖是影响行人头部损伤的要害部件，为了确保突发事件中行人的安全，对引擎盖的制作材料的功能有着较高的要求。要求其吸能才能高、强度弱等特性。        铝板吸能是钢板的两倍，这样有利于减轻磕碰过程中轿车对行人头部的损伤，对行人起到了较强的维护效果。现在，许多高端车上都选用了铝合金，并且全铝的SUV也现已呈现，运用铝合金制作引擎盖相对也比较广泛。        铝合金引擎盖逐步现已成为轿车行业的开展趋势，在被高端车选用后，也进一步在中低端车上得到了表现。马自达RX-8跑车上选用了维护行人头部的圆锥形防冲击铝合金引擎盖，该引擎盖的运用不光能够将行人头部碰击损害大大下降，还减轻了车重，更重要的是这种规划理念也是营销的一个严重的亮点。                三、铝车身        轿车工业的精华是轿车车身的制作，车身制作简直占用轿车制作公司投资总额的60%。据计算，轿车车身质量约占轿车总质量的30%左右，下降车身的分量对整车轻量化十分要害。        2006年全球整个轿车工业用于车身制作的铝合金总需求量达到了205万吨，用于车身的铝合金首要有2000系、5000系、6000系和7000系。现在简直一切的国际各大轿车公司都争相开发铝合金车身零部件或全铝车身，并且近期取得了明显成效。        2003年，捷豹第六代XJ初次选用全铝车身，正式敞开了全球车坛轻量化、高效能的新。2009年，捷豹第七代XJ诞生，其根据第二代航空技能-额定轻量化架构（Premium Lightweight Architecture，PLA）打造，经过铝镁合金的运用不断提高车身刚度及轻量化程度，然后成为其时同级竞争对手中“轻功”最了得的高手。               路虎新揽胜也选用全铝车身的结构，如图5所示，运用铝合金材料将车身上得方才悉数替换，该车车身的铆接选用了航天飞机工程标准，与之前的白车身比较，全铝白车身减重约为180kg，减重率高达39%，整车很多选用轻量化技能，减重达420kg。

随着能源危机加剧，汽车的节能减排技术成为我们目前国内外非常热的话题。轻量化应该是节能减排的有效手段，不管是传统汽车还是新能源汽车，它的重量、减重都是我们面临的话题。随着轿车每减轻10%燃油消耗就减少6%到8%，这个问题已经得到国内外各个汽车企业的高度重视。     目前随着轻量化材料的应用，焊接和连接工艺的发展趋势来看主要是传统的机械连接等，这些将会越来越少。对铝合金的摩擦搅拌点焊来看以后会逐渐增加。特别是有可能是一些负荷的连接技术可能会成为以后无论是学术界，还是工业界研究的热点。比如说交界点焊，包括铆接和电阻焊怎么结合，这是一个发展趋势。     在铝合金自成铆接技术方面，SPR铆接有很多优势，特别是适合于铝合金方面的连接。它的强度比单个点焊提高30%，连接变形也比点焊，或者弧焊连得少。铝和钢的连接可以采用冷技术过渡，这种技术比较大的优势是在焊接过程当中金属在过渡时候电流可以减少到几乎为零，同时焊丝的回抽运动帮助溶滴脱落，热输入可以降低30%。变形小、无飞溅。

目前，汽车行业仍属于快速发展的时期，但却面临着环保和节能两种约束，所以，在这个以石化燃料为主的时代里，汽车的轻量化已是世界汽车发展的主要目标。对于汽车的轻量化，目前来看，可以分为三大主线，分别是车身轻量化、发动机轻量化、底盘轻量化，这三大主线的主要目的就是，保证性能的前提下通过使用更轻材料降低车重，从而实现节能环保之功能。   其实，较早出现的汽车是没有车身的，比如卡尔•奔驰和戈特利伯•戴姆勒发明的三轮和四轮汽车机车都是用马车改装的，并且多为木质结构。  直到20世纪，福特生产的T型厢式车出现之后，汽车才有了基本车身的造型，后来随着材料、冶炼、焊接、成型等技术的发展，汽车的设计和生产工艺也愈加成熟，但是人们发现，汽车的重量也越来越重，因为整个车身大部分材料都是由高强度钢拼接而成。   到了80年代，汽车车身的各分支技术朝着更系统深入的方向发展，在超高强度钢出现的同时，全铝车身等也开始出现。当然，这与20世纪70年代全球性的能源危机有着很大关系。彼时，汽车生产厂通过减少汽车整体质量、提升发动机效率、降低行驶阻力等方式改善燃油经济性。   铝合金的密度只有钢铁的1/3，这就有效的降低了汽车的整体质量。若汽车整车净质量降低10%，燃油效率可提高6%~8%；汽车整车质量每减少100kg，百公里油耗可降0.3L~0.6L。   由于铝材具有密度低、比强度高、抗蚀性强、易塑性加工与成形、表面，处理性能好、资源丰富、价格适中、回收再生效益高等优点，在世界汽车向着轻量化、高速、节能、安全、低污染、多功能、低成本、坚固耐用与乘坐舒适的发展进程中，备受工业界的青睐，其用量越来越多。   但是，全铝车身对铝合金薄板的性能要求是非常严格苛刻的，这也正是不能够大批量生产的原因。铝合金汽车车身薄板除有满足标准与规范的力学性能与抗腐蚀性能外，还应具备如下的性能：   1、良好的成形性：   车身及覆盖钣金件的成形加工是通过冲压成形的。因此，铝合金薄板应该有良好的成形性，即具有低的屈强比和高的成形极限（FLC，Forminglimitcurve）。   2、表面平整性强：   铝合金板必须有良好的翻边延性和成形以后表面色彩一致的性能，即成形的钣金件表面不出现罗平线（RopingLine），即滑移线。罗平线是由于晶粒不均或者是夹杂物分布不均而造成的板材表面变形不均，使表面会在喷漆后光彩不一致。   3、良好的可焊性：   良好的可焊性能可以满足汽车构件在成形后连接在一起进行焊接加工的要求。板材应具有抗时效稳定性，以确保从板材出厂到冲压生产之前不发生时效，防止冲压加工时材料的屈服点升高，诱发吕德斯带（Lude'szone）而产生的表面变形不均匀和起皱，影响汽车外板的表面品质。   4、优良的烘烤硬化性：   汽车轻量化还要求板材具有高的烘烤硬化性，即在冲压变形和喷漆烘烤之后板材的屈服强度有明显的升高，从而保证冲压喷漆后的钣金件有高的抗凹性，并要求铝合金板材的喷漆烘烤工艺和目前钢板冲压件的相容。   5、良好的锆/钛盐化学转化处理性能：   ABS在涂覆润滑剂之前都要经过表面处理，形成一层锆/钛盐处理体系转化膜，为吸附润滑剂创造良好的基底。这种处理液是环保型的，不含铬，主要由含钛、锆的金属盐、氟化物、硝酸盐和有机添加剂组成，通过浸渍、喷淋方式在ABS上形成转化膜。膜层主要由锆/钛盐、铝的氧化物、铝的氟化物及锆钛的络合物等组成。该种表面处理工艺操作简单，所获得的膜层与有机聚合物有很强的结合力。   然而，就现阶段而言，全铝车身结构的普及还需要一段时间，因为铝合金造车成本会很高。一是因为铝本身就比较贵，一些铝合金的价格甚至超过黄金，二是其生产工艺比较复杂，有很多的技术难点。也因此，亚洲车企们在车身轻量化方面另辟蹊径，深挖钢材潜力，它们正联手钢铁制造商开发质量更轻、强度更高的钢材，同时也采取了其它提升燃油经济性的措施，包括在不用对工厂进行大幅改动的前提下对传统的发动机及零部件进行升级。   日本车企采用铝材料的车型则基本限制在混动及豪华细分市场，例如雷克萨斯IS。本田为美国版雅阁及讴歌RLX开发了能够结合铝材和钢材生产部分零部件的技术，但铝材料的应用比例仍十分有限。   日产汽车去年宣布，计划拓展高强度钢材的应用，这种材料同传统钢材相比质量更轻，但强度更高，该公司的目标是从2017年开始，将新的量产车型中采用高强度钢材的零部件占比提高至20%。

铝合金及其加工材由于具有一系列优良特性，诸如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、良好的加工成型性以及高的回收再生性等，因此，在工程领域内，铝一直被认为是“机会金属”或‘希望金属“，铝工业一直被认为“朝阳工业”。　　早期，由于铝的价格较昂贵，在汽油既充足又便宜的年代，它被排斥在汽车工业和其它相关制造行业之外。但是，到1973年，由于石油危机的影响，这种观点被完全改变，为了节约能源、减少汽车尾气对空气的污染和保护日益恶化的臭氧层，铝合金材料才得以迅速地进入汽车领域，目前汽车零件的铝合金化程度正在与日俱增。　　铝合金材料大量用于汽车工业，无论从汽车制造、汽车运营、废旧汽车回收等方面考虑，它都带来巨大的经济效益，而且随着汽车产量和社会保有量的增加，这种效应将更加明显。汽车用铝合金材料量增加后所带来的效应主要体现在以下几个方面：　　（1）明显的减重效益　　为了减轻汽车自重，一是改进汽车的结构设计，二是选用轻质材料（如铝合金、镁合金、塑料等）制造。到目前为止，前者已无太大的迥旋余地，因而汽车行业普遍注重于开发利用新的高强度钢材或铝、镁等合金材料。在轻质材料中，由于聚合物类的塑料制品在回收中又存在环境污染问题、镁合金材料的价格和安全性也限制了它的广泛应用。而铝合金材料由于有丰富的资源，随着电力工业的发展和铝冶炼工艺的改进，将使铝的产量迅速增加，成本相应下降，铝合金材料更兼有质轻（钢铁、铝、镁、塑料的密度分别为：7.8、2.7、1.74、1.1-1.2g/cm3）和良好的成型性、可焊性、抗蚀性、表面易着色性，而且铝合金材料的回收率约为80%，有60%的汽车用铝合金材料来自回收的废料，预计到2015年回收率可进一步提高到90%以上。理论上铝制汽车可以比钢制汽车减轻重量达30%-40%，其中铝质发动机可减重30%，铝散热器比铜的轻20%-40%，轿车车身的比钢材制品减重40%以上，汽车铝车轮可减重30%。因此，铝合金材料是汽车轻量化最理想的材料之一，见表1。　　（2）可观的节能效果　　减少燃油消耗的途径一般为：提高发动机效率（从设计着手），减少行驶阻力，改善传动机构效率及减轻汽车自重等，其中最有效的措施是减轻汽车自重，铝合金材料在汽车上的大量使用，正好满足这一点。　　据资料介绍，一般车重每减轻1公斤则1升汽油可使汽车多行驶0.011公里，或者每运行1万公里就可节省汽油0.7公升，如果轿车用铝合金材料量达100公斤，那么每台轿车每年可节约汽油175升。预计到2012年，我国轿车的社会保有量将达10000?12000万辆，届时每年节省汽油1000亿升以上，节能效果十分可观的。　　（3）减少大气污染，改善环境质量　　汽车减重的同时，也减少了二氧化碳排放量（车重减少50%，CO2排放减少13%）。有人算了一笔帐，如果美国的轿车重量减轻25%，每天将节油75万桶，全年可减少二氧化碳排放量1.01亿吨，同时，氮气物、硫化物等的排放量也会相应减少，因而可大大减少环境污染，提高环境质量。　　（4）有助于提高汽车的行驶性能，乘客的舒适性和安全性。　　减轻车重可提高汽车的行驶性能，美国铝业协会提出，如果车重减轻25%，就可使汽车加速到60mph的时间从原来的10秒减少到6秒钟；使用铝合金车轮，使震动变小，可以使用更轻的反弹缓冲器；由于使用铝合金材料是在不减少汽车容积的情况下减轻汽车自重，减重效果为125％。因而使汽车更稳定，乘客空间变大，在受冲击时铝合金结构能吸收分散更多的能量；因而更具舒适性和安全性。

节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车技术发展的趋势，尤其是节能和环保更是关系到人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃油消耗、减少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车界主要的研究课题。减少汽车自身质量（汽车轻量化）是汽车降低燃油消耗及减少排放的较有效措施之一。汽车轻量化的途径有两种：一是优化汽车框架结构；另一个是在车身制造上采用轻质材料。而目前常用的轻质材料为铝合金。 　　目前，世界交通运输业用铝为铝产量的26%，而我国仅为5.7%。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，对交通工具的需求越来越多，因此，铝合金材料在我国交通运输业上的发展空间还很大。 　　现代轿车发动机活塞几乎都用铸铝合金，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350℃左右有较好的力学性能，而铸铝合金能符合这些要求。同时由于活塞、连杆采用了铸铝合金件，减轻了质量，从而减少发动机的振动，降低了噪声，使发动机的油耗下降，这也符合汽车的发展趋势。 　　汽车车身约占汽车曾质量的贺30%，对汽车本身来说，约70%的油耗是用在车身质量上的，所以汽车车身铝化对提高整车燃料经济性至关重要。奥迪汽车公司较早于1980年在Audi80和Audi100上采用了铝合金车门，然后不断扩大应用。1994年奥迪公司斥资800万欧元建立的铝材中心（1994年～2002年），两年前被更名为“奥迪铝材及轻重化设汁中心”。1994年开发靠前代AudiA8全铝空间框架结构（ASF），ASF车身超过了现代轿车钢板车身的强度和安全水平。但汽车自身质量减轻了大约40%。随后于1999年诞生的AudiA2，成为首批采用该技术的批量生产轿车。2002年，奥迪铝材及轻量化设计中心又实现了第二代AudiA8的诞生。 　　在此期间，美国铝业公司开发了全新的汽车生产技术。如今，铝制车身制造的自动化操作程度已达80%，赶上了传统钢制车身生产的自动化水平。奥迪公司与美国铝业公司一直保持着良好的合作关系，双方合作的目标是共同开发一款全新的可以批量生产的全铝车身汽车。 　　美国铝业公司为全球汽车制造商提供品种繁多、性能优异的汽车部件和总成，包括车身覆盖件的铝板、压铸轮毂、配电系统、底盘和悬架部件，以及保险杆、发动机支架、传动轴、车顶系统等总成；包括AudiA8的第二代ASF框架结构、宝马5和7系列的铝制悬架、日产Altima的发动机罩和轮毂、法拉利612－Scaglietti的全铝车体结构，以及捷豹XJ采用的真空压铸技术。美铝公司的产品和解决方案使这些车型向着更轻量化、更技术化的方向发展。 　　目前，制约铝合金在汽车上大量应用的主要原因之一是其价格比钢材的高，为了促进铝合金在汽车上的大量应用，必须降低材料成本。除开发低成本的铝合金和先进的铝合金成形工艺外，回收再生技术可进一步降低铝合金的生产成本。扩大铝合金应用的另一个研究方向是开发新的各种连接技术，今后发展的多材料结构轿车要求连接两种不同类型的材料（如铸铁一铝、钢一铝、铝一镁等），对这些连接技术以及对材料和零件防腐蚀的表面处理技术，是今后扩大铝合金在汽车上应用的重要课题。

本文章刊于Lw2016论坛文集——作者：聂德键，黄和銮，罗铭强，陈文泗，李 辉，陈树钦，张小青(广东兴发铝业有限公司) 摘要：本文对汽车轻量化铝合金材料的研究进展进行了综述，重点介绍了铝合金轮毂、铝合金防撞梁、铝合金车身的研究及应用情况。 从高速、舒适、美观、耐用、轻量化、节能、保护环境、降低综合成本等综合性能方面来看，铝合金无疑是汽车工业现代化和轻量化的优选材料，世界许多国家都在致力于汽车用铝合金的研究。汽车自重每降低100kg，油耗就可以减少0.7L/km。因此，以铝合金代替钢铁材料，较大限度地减轻汽车的自重也就成为当前的研究热点[1]汽车用铝合金主要分为铸造铝合金和变形铝合金，铸造铝合金主要应用于发动机气缸体、气缸盖、轮毂、制动器零件等。形变铝合金在汽车上主要用于车身面板、车身骨架、发动机散热器零件等[2]从靠前辆全铝车身奥迪A8问世，到捷豹的JaguarXJ，再到2012款新路虎极光揽胜发售，全铝车身加工工艺及技术正在不断走向成熟。不过，运用铝合金也面临不少问题，比如，铝合金加工难度比钢材高，成型性还需继续改善；由于铝导热性好，导致铝合金的焊接性能差；另外，成本控制对铝合金的运用非常重要，因此，全铝车身仅限于高端车型中[3]。随着能源和环境危机的不断加剧，各国节能减排法规不断提高规范要求，铝合金作为汽车轻量化新材料将应用在更多的车型上，在工业化生产与设计中，钢铝混合车身的应用将成为主流[4,5]. 1汽车轮毂用铝合金 车轮是车辆承载重要部件，它除了受正压力外，还承受因车辆启动、制动时扭矩的交互作用，以及行驶过程中转弯、冲击等来自各个方向的不规则受力，车轮在高速旋转中，还影响车辆的平稳性、操作性等性能[6]。车轮的质量与汽车的多种性能密切相关，整车的安全性和可靠性很大程度取决于所装车轮的性能和使用寿命。铝合金汽车轮毂与钢制汽车轮毂相比，能够更好地满足良好的耐磨耐老化和良好的气密性，良好的均匀性和质量平衡，较小的滚动阻力和行驶噪声，精美的外观和装饰性，尺寸精度高，质量轻且不平衡度小，耐疲劳性好，折装方便，互换性好等要求。目前轿车轮毂普遍采用铝合金材料，但是，卡车、大巴等重载汽车由于重载汽车载重大、对车轮的综合性能要求高，大部分仍采用钢制车轮。 铝合金车轮的制造工艺主要有：铸造法、锻造法、冲压法、旋压法、半固态模锻法等，其中较为常用的成型方法主要是铸造法和锻造法。低压铸造主要采用Al-Si-Mg系合金，其主要合金元素如表1所示。普通铸造铝合金轮毂能够满足轿车用轮毂的性能要求，但不能满卡车、大巴等重载汽车对轮毂的要求。马春江[7]等将普通铸造铝合金轮毂和挤压铸造铝合金的组织和力学性能进行对比，结果显示挤压铝合金轮毂的力学性能高于铸造铝合金轮毂，且挤压铸造铝合金轮毂的弯曲疲劳性能、径向疲劳性能、耐冲击性能都能满足重载汽车使用要求。锻造法是应用较早的铝合金轮毂成形工艺之一。锻造铝合金轮毂的强度、韧性以及疲劳强度均显著优于铸造铝合金轮毂，并且还具有抗腐蚀性好、尺寸准确、加工量小、性能再现性强等优点[8]。其主要采用Al-Mg合金和Al-Si-Mg合金，5xxx铝合金是车轮锻造中较常用的变形铝合金，主要包括：5052-O、5154-O、5454-O、5083-O、5086-O，5xxx锻造铝合金车轮抗腐蚀性能高，适宜制造在极端环境下工作的车轮。车轮制造中另外一种常用的铝合金是6061-T6，其Mg元素和Si元素形成的Mg2Si强化相可显著提高其力学性能，6061合金铸锭经565℃/4h——6h均匀化处理可使其绝大部分Mg与Si固溶于铝中，这样不仅可降低锻造温度，同时可改善锻造性能。龙伟[9]等采用三维有限元软件Deform-3D模拟6061铝合金轮毂的锻压过程，分析对比轮毂不同位置的应力应变状态以及与力学性能之间的关系，结果显示轮毂中累积应力应变越大的位置，其力学性能相对应力应变小的位置更佳。锻造铝合金具有比铸造铝合金更好的综合性能，但由于其成形工艺复杂、良品率低、制造成本高等原因，当前铝合金车轮制造仍以铸造为主。2汽车防撞梁用铝合金 汽车防撞梁是撞击时吸收和缓和外界冲击力、保护车身及乘员安全功能的安全的重要装置，在保证汽车碰撞安全性及舒适性的前提下，既能有效减轻汽车自重，又能控制成本成为热门课题。通过合金成分优化，热处理工艺以及结构优化可减轻车身质量的同时满足其安全性能的要求，并且铝合金防撞梁有比钢材料防撞梁更加优异的吸能性能[10]。挤压是制造防撞梁的典型方法，也可以用板材通过弯曲折叠等加工而成，型材多用6063、7021、7029、9129等合金挤压。万银辉[11]等采用有限元分析软件LS-DYNA分析6061铝合金防撞梁的碰撞性能，结果显示在相同的碰撞试验条件下铝合金横梁相比钢制防撞梁有更好的吸能性，且能够在较大的速度范围内保持较高的吸能性能。杨鄂川[12]等采用有限元方法分析了汽车防撞梁冲压工艺对性能的影响，并优化其冲压工艺参数，工艺优化后板料成形的回弹及较小厚度均得到有效控制：防撞梁两端严重回弹区域明显减小，板料成形质量得到改善，尤其是侧壁和底面部分的拉延都更加充分，成型质量显著提升。 目前国内铝合金保险杠刚刚起步，般横梁为铝合金吸能盒、底板等零部件多为钢。要提高保险杠横梁的防护能力则须提高其吸收能量的能力，材料吸能量的能力与材料的强度和厚度都呈正比。但在车身结构设计中，不可能通过无限增加钢材厚度达到提高材料吸能量的目的[13]，因此，需要通过合理选材，优化结构设计等方法达到质量轻，便于拆装更换，维修简便；制造工艺要简单，成本低等要求。研究表明经过合理设计的铝合金保险杠横梁不仅比钢制保险杠横梁更轻，而且可以吸收更多的能量。徐中明[14]徐等通过Hyperstudy和LS-DYNA优化防撞梁设计，设计梁吸能效果达到钢制防撞1.9倍铝合金防撞梁，且其减重效果达38.4%。冯源[15]等研究的保险杠由横梁和吸能支架两部分组成，针对低速碰撞下保险杠横梁纵向抗弯性能不足的缺陷，通过优化其截面形状予以解决。汽车保险杠是汽车中重要的安全防护构件，制造商对保险杠的各项机械性能的要求往往比较高，汽车上的铝制保险杠防护构件的机械性能可通过热处理技术将其改善提高。近年来随着铝合金技术的开发，由于，具有很高的吸收冲击能的能力，密度小耐高温，防火性能强，易加工，可进行表面涂装处理等特点的泡沫铝合金作为一种新型的铝合金材料而被用于制造汽车保险杠。固体泡沫铝合金在汽车制造中的应用多为三明治式的三夹板。用这种材料制造的汽车保险杠，能够将两车相撞时产生的大部分碰撞能吸收掉,从而保护了汽车的安全[16]。 3车身用铝合金 在车体结构上，大多数采用无骨架式结构和空间框架式结构。这种结构零部件数量少，不需大型冲压设备，适用于多品种小批量生产，可缩短生产周期降低制造成本。汽车车身由框架、刚性材料、接头和罩壳板组成，用铝合金挤压型材和连接真空压铸接头自动焊接形成，比传统的钢体车身轻40%，机械强度提高40%[17]。铝合金在白车身及覆盖件上的应用能够有效减轻整车重量，从而达到节能减排，优化整车性能的目标。全铝车的车身主要由挤压型材和铝板壳体组成，轿车主要是板材，公共汽车主要用型材。对于车身板铝材除了要满足其性能和耐腐蚀性能要求之外还需具备良好地成型性能、表面平整性强、良好地焊接性能、优良的烘烤强化性。轿车车身板铝合金可用2xxx、5xxx、6xxx及7xxx合金轧制，除5xxx铝合金外其他三种铝合金的强度都在涂装烘烤时进一步提高。汪军[18]等采用不同的工艺对汽车用铝合金进行热处理，并进行了力学性能和耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明，分级均匀化处理和自然时效后强化烘烤，可以明显提高汽 车用铝合金的力学性能和耐腐蚀性能。与常规均匀化处理相比，分级均匀化处理可使其室温抗拉强度增加14Mpa，自然时效后强化烘烤能提高其力学性能和耐腐蚀性能。代陈绪[19]通过对6系铝合金预时效处理工艺的研究，开发出能同时显著改善6xxx系铝合金车身板冲压成形性和烤漆硬化性的热处理工艺技术。结果显示：在固溶工艺550℃×10min处理后水淬，室温停放10min的铝板，较佳的预时效制度为140℃×12min，铝板经上述工艺制度预时效处理后的σ0.2≤142MPa，再经170℃×30min烤漆后其σ0.2≥225MPa。 4结束语 （1）汽车用材料的更新换代对提升汽车安全性能，节能减排降耗有着重要的意义，在交通工具回归自然的大趋势下，开高性能、轻质、节能、环保的铝合金材料将会得到更多的实际应用。 （2）我国汽车工业的持续高速发展，研制高性能汽车用铝合金对提高汽车工业的国际竞争力具有举足轻重的作用。 （3）铝合金材料是汽车工业现代化的优选材料，相关技术的研究开发也将得到越来越多的重视。 参考文献 [1]王孟君,黄电源,姜海涛.汽车用铝合金的研究进展[J].金属热处理,2006,09:34-38. [2]唐靖林,曾大本.面向汽车轻量化材料加工技术的现状及发展[J].金属加工(热加工),2009,11:11-16. [3]鲁春艳.汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[J].上海汽车,2007,06:28-31. [4]佟琳.汽车轻量化——汽车铝板在白车身和覆盖件减重中的应用[J].世界有色金属,2014,02:54-56. [5]MILLERWS,ZHUANGL.Recentdevelopmentinaluminiumalloysfortheautomotiveindustry[J].MaterialsScienceandEngineeringA,2000,280:37-49. [6]宋春强.铝合金汽车轮毂的市场需求与发展趋势[J].铝加工,2006,05:5-8. [7]马春江,陈玖新,葛素静,等.挤压铸造重载汽车用铝合金车轮的组织及性能[J].特种铸造及有色合金,2014,10:1063-1065. [8]高军,赵国群,整体式锻造铝合金车轮及其发展[J].汽车工艺与材料,2001(5):14-16. [9]龙伟,周迪生,张恒华,邵光杰,等.6061铝合金轮毂的力学性能与锻造工艺的计算机模拟[J].上海金属,2012,03:29-32. [10]万鑫铭,徐小飞,徐中明,等.汽车用铝合金吸能盒结构优化设计[J].汽车工程学报,2013,01:15-21. [11]万银辉,王冠,刘志文,等.6061铝合金汽车保险杠横梁的碰撞性能[J].机械工程材料,2012,07:67-71. [12]杨鄂川,邓国红,欧健,刘雁冰.基于综合平衡法的汽车防撞梁冲压工艺研究[J].热加工工艺,2014,11:114-117. [13]王智文,孙希庆,项生田,芦连,李军.铝合金前保险杠横梁的应用研究[J].汽车工程,2015,03:366-369. [14]徐中明,徐小飞,万鑫铭,等.铝合金保险杠防撞梁结构优化设计[J].机械工程学报,2013,08:136-142. [15]葛如海,王群山.缓冲吸能式保险杠的低速碰撞试验和仿真[J].农业机械学报,2006,37(2):29-32. [16]张屹林,闫汝辉,朱利民.汽车工业中的铝合金[J].山东内燃机,2004,03:26-31. [17]鲁春艳.汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[J].上海汽车,2007,06:28-31. [18]汪军,马军.热处理对汽车用改性铝合金性能的影响分析[J].热加工工艺,2014,20:143-145+148. [19]代陈绪.汽车覆盖件用6xxx系铝合金板材预时效工艺研究[J].铝加工,2014,04:32-37. 来源：Lw2016论坛文集

普通冲压工艺加工铝合金表面质量差，成品率低（只有70%左右），不能满足车身零件高精度、高可靠性、高效率和低缺陷制造的要求。汽车车身零件的液压成形技术在欧美、日韩等发达国家的汽车产业中获得了大量应用，设备最高压力达到了400 MPa，加工出铝合金汽车发动机罩内外板、车门内外板及翼子板等覆盖件已装车应用。大型铝铸件、液压成形部件是奥迪A8的两项核心技术。铝合金汽车板材和管材液压成形工艺如图4。    与冲压工艺相比，液压成形工艺的优势如下     （1）减小毛坯尺寸，节约材料。     （2）提高成形极限，减少成形道次。     （3）零件的表面质量和尺寸精度大幅提高。     （4）降低配套模具数量和成本。     （5）减少后续机械加工和组装焊接量。     （6）可以成形形状复杂、变形程度大、整体性要求高的零件。     这项技术在国外已成为汽车轻量化的主流技术，并朝着集成化、快速化、大型化、精确化等方面发展。虽然国内在大吨位样机研制方面已经取得成功，如1 600 t和1 050 t板材液压成形设备，但是在国内推广应用铝板液压成形技术还存在着以下主要难点。     （1）基于铝板液压成形设计知识的欠缺。提供给设计人员的液压成形知识不系统、不全面，造成我国设计人员无法或根本不能够考虑到液压成形技术在轻量化结构件上的应用。     （2）面向液压成形技术的铝板材料成形性和零件质量控制体系的研究不足。多数面向普通冲压成形的铝板材料成形性和零件质量控制研究的结果并不适用于液压成形技术。     （3）诸多的工装模具及超高压液压源系统面向产业化的关键技术有待突破。     （4）以铝板液压成形为核心的全系统联动的装备研究不完善。由于上述原因，面向产业化的并联动作系统并未得到实际的应用，工装和模具开发成型难度大、调试周期长，因而成本较高，在国内车型仍鲜见应用。

降低能耗，减少环境污染以及节约有限资源是当今各国面临的一个十分重要而紧迫的任务。在汽车等产品轻量化的总趋势的推动下，可以预计，今后10年，我国轻金属铸件市场将会有大幅度的发展。目前，各铸件生产大国的铝、镁合金铸件所占比例在13%～19%之间，有些国家（如意大利）更是高达30%～40%，而我国的铝、镁合金铸件所占的比例不到10%。发达国家90%以上的铝铸件用于汽车零件制造业，在我国，铝合金铸件要形成规模化生产并满足汽车轻量化的要求要解决的问题还很多：　　一、汽车对铝铸件的要求向薄壁、形状复杂、高强度、高质量的方向发展。为适应这种要求，应进一步优化铸造工艺并进行新合金材料的开发。 　　二、应从设计和工艺的角度降低生产成本，如使用一模多件技术和自动化技术以提高生产率、延长模具使用寿命，并采用一体化的设计减少零件数量。 　　三、采用计算机模拟技术，缩短工艺方案的开发周期。 　　四、加大铝的回收力度。再生铝是铝铸造的主要原料，我国在发展铸造业的同时应重视再生铝资源的利用，开发从复合材料和异种材料组合的废料种有效分离铝的技术，并建立广泛的废料回收体系。

一提起铝合金车轮，相信很多人最直观的印象就轻和漂亮，其实除了轻之外，铝合金车轮散热好这一大优势却往往被人所忽视，就小编看来，铝合金车轮散热好这一优势带来的安全与轮胎刹车成本的减少才是铝合金车轮最大的优势。　　其实铝合金车轮厂家在宣传铝圈的优势时最多提的就是“轻”和“散热好”，“轻”从重量上最直观，加上在计重收费，轻量化大热的今天，铝圈最大的优势“轻量化”被提及的最多，“散热好”这一优势反而被忽视。　　一、安全第一铝圈散热好更安全　　铝圈散热性能是钢圈的3倍　　铝的热传导系数为167 W/m.K，钢的热传导系数为50 W/m.K，W是热量；M是材质厚度；K是温度。热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，该数值越大说明导热性能越好。我们可以看到铝的热传导系数是是钢的3倍，说明铝的导热性能比钢的3倍。　　二、铝圈散热好有效避免爆胎　　在夏天高温天气下，长时间行驶或者频繁制动，如果车轮散热效果不佳，会导致车轮温度升高，高热胀冷缩加上空气中的水蒸发极易引起胎压升高，遇到高速转弯，或者恶劣路况，轮胎受力很容易导致爆胎。散热好的铝圈能有效降低爆胎的几率。　　三、铝圈散热好保证制动效能　　有一定驾驶经验的卡友都知道，长时间制动会导致车轮“热衰退”造成制动失灵的可怕状况。铝圈良好的散热性能相当于给每侧制动鼓加了两个散热原件，能很快让制动鼓凉下来，避免长时间刹车造成的刹车鼓过热避免刹车失灵。　　四、铝圈撞击不产生火花安全　　铝圈在遇到激烈碰撞的情况下不会像钢圈那样产生火花，这也是许多危险品运输车选择铝合金车轮的原因之一。　　五、铝圈散热好省轮胎刹车片　　温度过高除了影响车辆安全，还会降低车辆轮胎和刹车片的使用寿命，铝圈良好的散热性能对刹车系统不耐高温的材料及轮胎有较好的保护效果，从而大大降低了轮胎的磨损，延长轮胎使用里程，降低所刹车系统的维修费用。　　就小编询问的一些卡友的情况：没用过铝圈的说的最多的就是铝圈轻、贵；实际铝圈的使用用户说到的都是铝圈散热好，省轮胎。　　六、铝圈特别适合的工况推荐　　根据以上铝圈散热好的分析，配合铝圈轻量化的优势我们不难看出铝圈特别适合的工况推荐：　　1、长途高速标载工况：如对安全要求高的危险品运输、对时效稳定要求高的长途冷链运输等。　　2、频繁使用制动工况：如西南贵州等长下坡多的地区、陕西山西等拉煤经常堵车的工况。卡车之家老牛就是在陕西-河北拉煤，采用铝合金车轮配合发动机制动，淋水都不用装，既轻量化省轮胎还安全，使用效果满意。

世界汽车保有量与日俱增，正以巨大的影响力改变着人们的工作与生活，但随之而来的能源短缺、环境污染等一系列问题也日益突出。轻型、节能、环保、安全、舒适、低成本成为各汽车制造厂家追求的目标，尤其是节能和环保更是关系人类可持续发展的重大问题，节能减排已成为汽车工业界亟待解决的问题。　　汽车轻量化的内涵是在保证汽车性能不受影响的前提下，既要有目标的减轻汽车自重，又要保证汽车行驶的安全性和舒适性等，同时使汽车本身的造价不被提高。　　从汽车产品的整个生命周期看，油耗费用是汽车生命周期总费用的主体，占汽车生命周期费用的71%，汽车客户迫切希望降低油耗费用以节约后期的运行成本。由于汽车质量的大小影响到滚动阻力、爬坡阻力与加速阻力，因此汽车质量与其燃油消耗有着极为密切的关系。　　据分析，降低油耗的主要方法有：减轻重量（轻量化）占50%，提高发动机效率占20%，降低行驶阻力占30%，其中最有效的方法是汽车轻量化。世界铝业协会提出的报告指出，汽车质量每减小10%，可降低6%～8%的油耗。　　因此，在汽车设计中，轻量化是一个必须考虑的问题。汽车的轻量化不仅可以减小各种行驶阻力，降低燃油消耗，而且也有利于改善汽车的转向、加速、制动和排放等多方面的性能。我国发改委要求是2010年与2003年相比，乘用车新车的平均油耗要减少15%，要完成这个指标，没有轻量化是实现不了的。　　应当指出，不仅乘用车要求轻量化，同样也适用于商用车。轻量化可改善燃油经济性，提高载货质量，商用车与乘用车同样具有明显的效果。同时，随着计重收费范围的扩大和油价不断上涨，载货车用户既要多承载，又要油耗少的呼声越来越高，各大卡车企业也正集中力量进行卡车轻量化研发。　　汽车轻量化有很多的途径可以选择，但最直接、有效的方法莫过于应用新型轻质材料，使用密度小、强度高的轻质材料，如铝、镁合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等；使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢；使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合材料板、激光焊接板材等。　　其中，高强度铝合金的系列化商品化程度较高。如，奥迪公司生产的全铝A8轿车，采用铝合金挤压车架，质量降低了35%，抗扭强度增加了50%。　　铝合金车轮、悬挂系统零件、车身、热交换器等。铝代替传统的钢铁制造汽车零部件，可使整车重量减轻30%-50%。在PNGV的进度计划中，用于车身的铝结构设计有几种方案，可减小质量达55%，并可以投入批量生产。　　通用汽车公司在凯迪拉克的悬挂系统使用了铝合金部件，还加大了悬挂系统转向节的制造中以铝替代铸铁的规模。　　福特公司使用了铝合金的制动盘，该制动盘质量仅为2.27kg，为原铸铁盘的1/3。　　克莱斯勒公司的NeodLite车底盘由于使用了大量的铝合金部件，质量减轻了许多，如转向机万向节质量降低3kg，下控制臂降低2.6kg，转向机壳降低1.36kg，转向轴降低1.9kg等。　　可见，铝合金在汽车工业中具有广阔的应用前景，尤其是超高强度铝合金更是凭借其优异的比强度在汽车工业的发展中占有举足轻重的作用。

一、简介    轮毂又称轮圈，是轮胎内廓支撑轮胎的圆桶形的、中心装在轴上的金属部件。参数如下图所示：    图：轮毂部件参数示意图    二、按材质分类    轮毂按照材料主要分为钢轮毂和轻合金轮毂，而轻合金轮毂又以铝合金与镁合金产品为主。在今天的汽车市场中，钢质轮毂已不多见，大多数车型使用的都是铝合金轮毂，即轻合金轮毂。    图：AEZ轮毂（铝合金）    制造铝制轮毂所使用的铝合金材料包括A356、6061等。其中，A356被铸造铝制轮毂大量选用。A356铝合金具有比重小，耐侵蚀性好等特点，主要由铝、硅、镁、铁、锰、锌、铜、钛等金属元素组成，铝占92%左右，是一种技术成熟的铝合金材料。    图：制造铝合金轮毂的原材料A356铝锭    三、铝合金轮毂生产工艺    铝合金轮毂比钢轮毂更适合乘用车，目前其制造工艺基本可分为三种，第一种是铸造，目前大多数汽车厂商都选择使用铸造工艺。第二种是锻造，多用于高端跑车、高性能车以及高端改装市场。第三种较为特别，是最先由日本Enkei公司投入使用的MAT旋压技术，目前此技术在国内的应用不如前两种多。    1.重力铸造法    重力铸造简单的说，主要是靠铝水自身的重力来冲填铸模，是一种较为早期的铸造方法。    图：轮毂重力铸造示意图    该法成本低、工序简单且生产效率高，然而，浇注过程中夹杂物易卷入铸件，有时还会卷入气体，形成气孔缺陷。重力铸造生产的轮毂易产生缩孔缩松且内部质量较差，此外，铝液流动性的限制也有可能导致造型复杂的轮毂良品率低。因此，汽车轮毂制造业已经很少使用该工艺了。    2.低压铸造法    低压铸造是铝液在压力作用下充入模具，在有压力的情况下进行凝固结晶的工艺。同样的情况下，与重力铸造相比，低压铸造轮毂内部组织更为密实，强度更高。此外，低压铸造利用压力充型和补充，极大简化浇冒系统结构，使金属液收得率可达90%。目前低压铸造已成为铝轮毂生产的首选工艺，国内多数铝合金轮毂制造企业都采用此工艺生产。但低压铸造法也有其缺点：铸造时间较长，加料、换模具耗时长，设备投资多等。    轮毂低压铸造示意图    3.锻造法    热锻（Hot forging）→RM锻造（RM forging）→冷旋压（Cold spinning）→热处理（Heat treatment）→机加工（Machine work）→喷丸处理（Shot blast）→表面处理（Surface finishing）    锻造是固体到固体的变化，通过拍、压、锻等手段来形成轮毂样式，这个过程不会发生液相变化，都是固体变化。所以它的力学性能比铸造要高，具有强度高、抗蚀性好、尺寸精确等优点。晶粒流向与受力的方向一致，因此强度、韧性与疲劳强度均显着优于铸造铝轮毂。同时，锻造铝轮毂的典型伸长率为12%~17%，因而能很好的吸收道路的震动和应力。另外，锻造铝轮毂表面无气孔，因而具有很好的表面处理能力。    但是，锻造铝轮毂的最大缺点是生产工序多，生产成本比铸造的高得多。虽然锻造轮毂的性能更好，但汽车厂商在大部分车辆上还是主要使用铸造轮毂，只有少部分豪华车配备锻造轮毂。不过国内轮毂制造龙头企业中信戴卡已成功进入乘用车锻造轮毂生产线并将锻造轮毂的成本压缩到了千元，并已经开始作为原配轮毂供应国内合资厂。    4.挤压铸造法    挤压铸造也称为液态模锻，是集铸造和锻造特点于一体的工艺方法——将一定量的金属液体直接浇入敞开的金属型内，通过冲头以一定的压力作用于液体金属上，使之充填、成形和结晶凝固，并在结晶过程中产生一定量的塑性变形。优点：充型平稳，金属直接在压力下结晶凝固，所以铸件不会产生气孔、缩孔和缩松等铸造缺陷，且组织致密，机械性能比低压铸造件高且投资大大低于低压铸造法。缺点：与传统锻造产品一样，需要铣削加工来完成轮辐的造型。日本已有相当部分的汽车铝轮毂采用挤压铸造工艺生产，从浇注金属液到取出铸件整个过程都由计算机来控制，自动化程度非常高。目前世界各国都把挤压铸造作为汽车铝轮毂生产的方向之一。    图：轮毂挤压铸造工艺过程示意图    5.特种成型：MAT旋压技术    MAT旋压技术最先由日本Enkei公司投入使用，严格而言还应算是铸造中的一种，指的是在轮圈整体铸造出型后再利用专用设备对受力处进行旋转加压处理，使得被处理位置金属内部分子排列发生改变，具体的分割面相比起一般铸造产品呈现密度更高的纤维状，从而改变整体金属力学的工艺方法。MAT旋压技术制造的轮毂的质量、强度、延伸性等特性都已接近于锻造轮毂，且现对于锻造轮毂来说，更易生产。总的来说，MAT旋压技术既可相对保证轮毂制造成本，同时还可使铸造轮毂打造出与锻造轮毂相近的重量和强度。只是国内技术不成熟，成本较高，故应用不多。图：采用MAT旋压技术的Enkei Racing Revolution系列RS05RR轮毂

我国轿车工业协会专用车分会副理事长王立耀，最近一向忙于专用轿车轻量化技能方面的研讨与推行。鉴于此，他非常重视铸造铝合金轮毂的发展远景。 　　全球轿车曩昔五年添加1亿辆，轿车现已对动力和环境形成了巨大应战，假如不能处理环境和动力问题，就不会有轿车的未来。这样的观念，现已成为许多国家的一致。忧虑与压力，使节能减排成为全球轿车业头号课题。 　　对节能减排，许多人重视的是现在热度颇高的新动力轿车。在王立耀看来，不论是新动力轿车仍是传统轿车，轻量化趋势是未来轿车的必定选择。 　　王立耀介绍：“车辆每减重100kg，CO2的排放量即可削减大约5g/km。不仅如此，据国际铝业协会供给的数据，一般情况下轿车每削减10%的分量，其燃油耗费便可下降6%~8%。因而，跟着运送车辆的不断添加，轻量化规划已成为下降运送车辆排放的火急之需。现在，欧美等均在这方面加大了研讨与推行力度，特别是在美国，有关车辆轻量化选用高强度减重材料的项目能够得到政府相关部分立项。” 　　在轿车轻量化的研讨与应用上，我国与国际发达国家还有很大距离。王立耀举了个比方：在美国，一般长14米的二轴厢式半挂车，车辆自重在7吨以下。我国常用的13米二轴厢式半挂车，自重均在7吨左右。从处理自重问题上看，咱们还有许多问题需求研讨。 　　“轿车轻量化实质上就是零部件轻量化。选用铸造铝合金轮毂，能够很大程度减轻车的自重。比方，一辆拖挂40吨的重卡和半挂车运送系统，一共有22个轮毂，加上前后备胎共有24个。以现在咱们经常用的钢质轮毂核算，假如换成铸造铝合金轮毂，分量可减轻近600kg。不仅如此，因为铝合金材料具有散热好和避免轮胎橡胶老化的特色，装上铸造铝合金轮毂的货车、客车、挂车可节约26%的轮胎耗费。由此可见，节能减排的作用多么显着。”王立耀说，“在美国和加拿大，许多商用车都配装了铸造铝合金轮毂。欧洲、南非、澳大利亚许多选用的也是铸造铝合金轮毂。” 　　王立耀一边说着，一边从电脑中调出许多专用车相片。这是他从国际各国商用车展览会上拍照的。从一张张相片上看，如工艺品般美丽的铸造铝合金轮毂配装在各式各样的专用车辆上。不仅如此，专用车上装部分，能用铝的当地，都选用了铝。王立耀对记者说：“对轿车的轻量化，我的归纳是，能用铝的当地就用铝。” 　　王立耀解说说：“现在的车辆大多为钢结构原料，很少有人情愿尝试用质量更轻的铝结构原料。相同一辆车，选用铝制材料，因为结构强度问题，其分量至少能够折半，对节能减排的长处是显而易见的。正如一枚的双面，拿铸造铝合金轮毂来说，在具有许多长处的一起，也有丧命的缺点―――报价偏高。与钢轮毂比较，其报价是钢轮毂的3倍。这一对商场影响较为要害的本钱要素，很简单使人望而生畏。” 　　对此，王立耀算了一笔账：“减重必定多拉，假定公路普通货品整车的运送报价为0.5元/吨公里。假如咱们将一辆40吨重型半挂车的车架（纵梁、横梁）、油箱、轮毂、牵引座、护栏等零部件均换成铝制原料和真空胎。换算下来，总质量可减轻大约3吨多。在此前提下，假定该车每天行进的路程为1000公里，每天将可节约1000多元。若一年以300天核算，减重后的半挂车比未减重的可节约开销数十万元。现在国内已有一些物流公司在这方面尝到了甜头。” 　　王立耀对铸造铝合金轮毂在商用车范畴的远景非常看好。他说：“节能减排的限制性目标，财务的政策性歪斜，这些都使我国轿车工业的轻量化成为必定。在这种大布景下，铸造铝合金轮毂将成为新式的商场。往后，轻量化车辆的运用本钱优势将越来越显着。删去

近年来，节能减排已经成为了时代风潮，汽车轻量化也是大势所趋，在这两大背景之下，铝合金材料在汽车中的运用越发广泛，借助压铸成型的汽车零部件越来越多。作为轿车的核心部件，发动机缸体大多采用铝合金和铸铁为材料，其中压铸铝合金缸体得到了越来越多的认可，日韩和欧美的汽车公司大多都运用压铸铝合金缸体。   在缸体生产领域，普通砂型铸铁缸体具有工艺简单、成本低、刚性和耐热性好的优点，但也有一个缺点，那就是重量过大。如将缸体下方的曲轴和上方的缸套一分为二，下面使用铝合金而上面使用铸铁，就可一举两得，既减轻了缸体质量，又可保持铸铁缸体的优点。   下缸体，就是指经过这样一分为二之后发动机下部的曲轴部分。由于下缸体是厚壁零件，且壁厚差别大，因此压铸成型的难度非常大。我们借鉴国内外相关经验，针对一型1.5T发动机设计开发了一套下缸体压铸技术，试验非常成功。   1铝合金下缸体压铸难点   该铝合金下缸体铸件质量为8.4kg，轮廓尺寸为382mm×258mm×67mm，压铸质量为11.1kg，材质为A380，平均壁厚为7.2mm。由于下缸体与曲轴相连接，因此在底部还需要放置铸铁嵌件。   下缸体铸件压铸工艺复杂，其难点主要有如下几点：   靠前，铸件需要置入5件铸铁镶嵌件，铸铁镶嵌件要完美地镶嵌在铝合金铸件之上，不能发生分离的现象。   第二，下缸体铸件壁厚较薄处薄至2mm，较厚处厚达24mm，分布严重不均。   第三，由于镶嵌件两侧壁厚差别大，给铝合金液的流动充型带来了非常大的难度，同时也考验着其补缩能力。   第四，铝合金铸件容易发生气孔、缩孔、裂纹、缩松等缺陷，质量控制较难。   2铝合金下缸体压铸技术要点根据试验分析，我们认为下缸体的压铸生产技术要点主要有如下几点：   靠前，科学设计缸体压铸件的浇注系统，下缸体中间放置镶件位置为薄壁，上下部分为厚大部位，因此我们选择单侧浇注，这样一来，铝液可由底侧进料，流经中部镶件后抵达顶部。   第二，我们运用了齿形激冷排气块真空压铸，齿形激冷排气块与真空机合用可改善因两侧壁薄引发的流动性不足问题，确保了铸件品质良好。   第三，为提高铝合金液体与铸铁镶嵌件的润湿程度，我们进行了镶嵌件预热，这样不但保证了成型后铸铁件与铝合金不分离，还提高了铝液的流动性。   经过试验，我们获得的下缸体内部组织致密，且外观成型良好。在下缸体压铸过程之中，科学合理的工艺参数是获得高品质下缸体的保障。我们认为以下工艺参数是铸件成型的关键影响因素：   靠前，压铸温度。在压铸过程中，铝液温度应控制良好，因为温度过高或过低都不能取得良好的铸造效果，过高易导致缩孔及缩松，过低则容易引发充型不良。通常来说，铝液合理温度应在650——665℃之间，而模具喷涂后的温度应在150——200℃之间。   第二，镶嵌件温度。当镶嵌件达120——140℃时，铝液溢流槽侧的一边，这样可以改善内部品质。   第三，压铸快、慢压射速度和压力。应将快压射和慢压射速度分别控制在4m/s左右和0.22m/s左右，压力控制在70MPa左右。   第四，铝液品质。作为铸件的基础材料，铝液的品质决定了铸件的品质，因此要确保铝合金液品质，每包铝液都必须进行精炼除气处理，避免污染。   3铝合金下缸体压铸缺陷及应对   在铸件成型之后，我们对铸件进行X射线检测，发现铸件存在一些内部缺陷，诸如缩孔、气孔、缩松等。为了改善缺陷，提高品质，我们提出了相应对策，其主要方向如下：   靠前，改进溢流槽结构。溢流槽具有排除型腔中的气体、储存混有气体、转移缩孔/缩松部位等作用。经过反复试验研究，我们发现可以采用延长和增设溢流槽等手段改善缩孔、气孔等缺陷。由于铸件中部缩松现象较多，溢流口如设置于大平面上，填充压力将受到影响，所以通常选择竖形溢流口。   第二，优化模具冷却系统。铸件缩孔一般会在局部温度过高或壁厚过大的位置上出现。通过研究我们发现，两侧壁厚较大的地方温度偏高，易引发缩孔。由于较初选用的较小点冷管直径为12mm，无法有效冷却上述位置，因此，我们对冷却水管结构进行了改进，运用了高压冷却设备和内径4mm的不锈钢点冷管。我们将铸件两侧中部的模具型芯冷却至180℃左右，大幅减少了缩孔现象，大大提高了铸件的品质。   第三，改善镶嵌件分离现象。针对镶嵌件与铝合金铸件间存在的分离现象，我们采取了以下手段：首先，使用稀释剂对镶嵌件进行清洗，提高润湿性；其次，对镶嵌件实行定位孔检查和外观检查，用钢丝对部分锈斑镶嵌件除斑；其三，对镶嵌件进行预热试验，研究发现，当温度达到120℃以上时，可有效解决镶嵌件分离问题。

异种材料接合技术用于汽车铝合金压铸件不用粘合剂也不用连接件就能将异种材料牢固接合在一起的异种材料接合技术，其适用材料的种类正在不断扩大。 　　开发出了直接接合树脂与金属的“AMALPHA”技术的日本MEC公司，将该技术适用的树脂材料由原来的5种增加到了17种。金属方面，除了铝合金锻造材料之外，还可接合铝合金压铸材料。增加了铝合金压铸材料之后，该技术有望快速推广到使用压铸件较多的汽车领域。 　　目标是“可用于任何部位” 　　而金属方面以前只有铝合金、不锈钢（SUS）和铜（Cu）3种材料，现在还可接合铝合金压铸材料。 　　表中的记号表示接合条件和接合强度。◎表示可通过射出成型进行接合，在拉伸试验中，接合面未脱落而树脂被破坏（母材破坏）。○表示热压焊接，在拉伸试验中母材破坏。△表示通过射出成型或热压进行接合，但接合强度低，在1MPa左右的强度下，接合面就有可能脱落。“─”表示尚未测试。也就是说，标记为◎或○的树脂与金属可直接牢固接合。 　　在金属表面形成凹部 　　树脂与金属的接合利用的是可形成物理性接合的“锚固效应”。其原理是，在金属表面开一些微细的小孔，向其中浇注熔融树脂，等树脂冷却凝固，树脂就像锚一样钩在孔上，拔不下来了。 　　接合工艺如下。首先，将金属浸入脱脂液，去掉金属表面附着的加工油和锈等。第二步是将金属浸入蚀刻液（表面粗化剂），使金属表面粗化，形成一些微细的小孔。然后将金属浸入酸性溶液中，冲掉金属表面析出的副产物（污物），再水洗、干燥。最后，通过射出成型、树脂传递成型、热压成型等方法将熔融树脂注入表面开孔的金属。树脂凝固后，就制成了树脂与金属的接合品。

目前，汽车工业已成为中国的支柱产业，尤其在2000年以后，中国汽车工业已进入快车道，并已成世界汽车生产大国和世界上较有潜力的消费市场。2007年，我国汽车总产量达到888万辆，同比增长22%。在基数越来越高的基础上实现长达连续9年的两位数增长；中国汽车内需达到842万辆，增长20.2%。与产量一样，在基数越来越高的基础上实现连续9年两位数增长。 　　汽车工业的发展，汽车保有量的增大，在促进我国制造业发展和给人们生活带来方便的同时，也产生了油耗、排放和安全三大问题；轻量化是汽车工业节能减排的重要手段而轻量化必然导致铝合金在汽车上的大量应用。典型的铝质零件一次减重效果可达30-40%，二次减重则可进一步提高到50%。2006年欧美日的小汽车平均用铝量已经达到127 kg/辆。欧洲铝协(EAA)预测，在2015年前，欧洲小汽车用铝量将增至300kg/辆，如果轿车的零部件，凡是可用铝合金制造的都用其代替，那么每辆车的平均用铝量将达到454kg，轻量化的效果将大大提高。汽车重量每减轻10%，较多可实现节油8%。每使用1kg铝，可使轿车寿命期减少20kg尾气排放。 　　同时，铝是绿色环保材料，易回收，可循环回收。采用铝所节省的能量是生产该零件所用原铝耗能的6-12倍。 　　国内B级车，C级车以及跑轿车的相继研发和上市，这为铝合金在汽车轻量化的应用提供了一很好的市场和应用基础，同时汽车铝合金的应用也为国内B级车，C级车以及整个行业提供了一个技术升级的前提。目前应用于汽车的铝合金包括：车身覆盖件的铝合金板材；铸铝件；挤压型材；锻造铝合金；铝线材/铝合金复合材料等其他应用。

铝合金及其加工材由于具有一系列优良特性，诸如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、良好的加工成型性以及高的回收再生性等，因此，在工程领域内，铝一直被认为是“机会金属”或‘希望金属“，铝工业一直被认为“朝阳工业”。 　　早期，由于铝的价格较昂贵，在汽油既充足又便宜的年代，它被排斥在汽车工业和其它相关制造行业之外。但是，到1973年，由于石油危机的影响，这种观点完全改变了，为了节约能源、减少汽车尾气对空气的污染和保护日益恶化的臭氧层，铝合金材料才得以迅速地进入汽车领域，目前汽车零件的铝合金化程度正在与日俱增。 　　铝合金材料大量用于汽车工业，无论从汽车制造、汽车运营、废旧汽车回收等方面考虑，它都带来巨大的经济效益，而且随着汽车产量和社会保有量的增加，这种效应将更加明显。汽车用铝合金材料量增加后所带来的效应主要体现在以下几个方面： 　　（1）明显的减重效益 　　为了减轻汽车自重，一是改进汽车的结构设计，二是选用轻质材料（如铝合金、镁合金、塑料等）制造。到目前为止，前者已无太大的迥旋余地，因而汽车行业普遍注重于开发利用新的高强度钢材或铝、镁等合金材料。在轻质材料中，由于聚合物类的塑料制品在回收中又存在环境污染问题、镁合金材料的价格和安全性也限制了它的广泛应用。而铝合金材料由于有丰富的资源，随着电力工业的发展和铝冶炼工艺的改进，将使铝的产量迅速增加，成本相应下降，铝合金材料更兼有质轻（钢铁、铝、镁、塑料的密度分别为：7.8、2.7、1.74、1.1-1.2g/cm3）和良好的成型性、可焊性、抗蚀性、表面易着色性，而且铝合金材料的回收率约为80%，有60%的汽车用铝合金材料来自回收的废料，预计到2015年回收率可进一步提高到90%以上。理论上铝制汽车可以比钢制汽车减轻重量达30%?40%，其中铝质发动机可减重30%，铝散热器比铜的轻20%?40%，轿车车身的比钢材制品减重40%以上，汽车铝车轮可减重30%。因此，铝合金材料是汽车轻量化最理想的材料之一，见表1。　　（2）可观的节能效果 　　减少燃油消耗的途径一般为：提高发动机效率（从设计着手），减少行驶阻力，改善传动机构效率及减轻汽车自重等，其中最有效的措施是减轻汽车自重，铝合金材料在汽车上的大量使用，正好满足这一点。 　　据资料介绍，一般车重每减轻1公斤则1升汽油可使汽车多行驶0.011公里，或者每运行1万公里就可节省汽油0.7公升，如果轿车用铝合金材料量达100公斤，那么每台轿车每年可节约汽油175升。预计到2012年，我国轿车的社会保有量将达10000?12000万辆，届时每年节省汽油1000亿升以上，节能效果十分可观的。 　　（3）减少大气污染，改善环境质量 　　汽车减重的同时，也减少了二氧化碳排放量（车重减少50%，CO2排放减少13%）。有人算了一笔帐，如果美国的轿车重量减轻25%，每天将节油75万桶，全年可减少二氧化碳排放量1.01亿吨，同时，氮气物、硫化物等的排放量也会相应减少，因而可大大减少环境污染，提高环境质量。 　　（4）有助于提高汽车的行驶性能，乘客的舒适性和安全性。 　　减轻车重可提高汽车的行驶性能，美国铝业协会提出，如果车重减轻25%，就可使汽车加速到60mph的时间从原来的10秒减少到6秒钟；使用铝合金车轮，使震动变小，可以使用更轻的反弹缓冲器；由于使用铝合金材料是在不减少汽车容积的情况下减轻汽车自重，减重效果为125％。 因而使汽车更稳定，乘客空间变大，在受冲击时铝合金结构能吸收分散更多的能量；因而更具舒适性和安全性。

汽车前防撞梁一般隐藏在前保险杠里面以及车门内部，在较大冲击力作用下，弹性材料已经不能缓冲能量，真正起到保护车内乘员的作用，它是车身被动安全系统的一部分，防撞梁其实并不是让车子“防撞”，它的主要作用是传力。简单概括，防撞梁的作用是：低速碰撞能减少维修成本，高速碰撞有助于提高保护性，尤其在复杂真实的环境碰撞中。 一、汽车前防撞梁市场应用情况调查 汽车前防撞梁作为汽车的安全部件，通常采用金属材质，如高强度钢材和铝合金等。它一般由防撞横梁、吸能盒、吸能盒加强件及连接板组成。图1 示出汽车前防撞梁安装位置。图2 示出汽车前防撞梁实物图。 通过市场调查，共统计65 款车型前防撞梁材料应用情况，自主品牌19 款车型，其中2 款车型应用铝合金防撞梁；合资品牌46 款车型，有10 款车型应用铝合金防撞梁。 调查结果显示：合资品牌铝合金防撞梁应用比例高于国内自主品牌2 倍多，行业内铝合金防撞梁应用是发展趋势。铝合金防撞梁平均质量4.5 kg，钢制防撞梁平均质量6.6 kg，差值约32%，可见铝合金防撞梁轻量化优势明显。部分铝合金前防撞梁应用车型，如表2所示。 二、汽车前防撞梁碰撞仿真对比分析 通过HyperMesh 软件建立前防撞梁碰撞模型，模型建好后导入LS- DYNA 软件进行防撞梁性能仿真分析。工况选择防撞梁正面碰撞，防撞梁材料选用6061 系铝合金，碰撞质量设置为1 700 kg，选用速度为36 km/h，计算时间设置为30 ms。 比吸能即系统单位质量的吸能量，比吸能反映了不同材料和结构的吸能能力。在基于轻量化的结构设计中，希望结构件比吸能值越大越好[1]。图5 显示在30 ms 时铝合金防撞梁比吸能为11.3 kJ/kg，钢防撞梁比吸能为5.2 kJ/kg。铝合金防撞梁的比吸能是钢防撞梁比吸能的2 倍多。 3、结论 在汽车产品制造中，逐步加大铝合金材料的应用比例是汽车轻量化的必然趋势，开发铝合金防撞梁是实现汽车轻量化主要途径之一，铝合金防撞梁经过设计验证后必将取代钢制防撞梁。 1)根据仿真分析结果，正面碰撞铝合金防撞梁吸收能量优于钢制防撞梁，满足设计使用要求。 2)铝合金相比钢材料有着密度小的优势，用铝合金结构代替传统钢结构，可使前防撞梁质量减轻30%——50%，轻量化效果显著[2]。 3)通过对比合资车企与自主车企铝合金防撞梁应用情况，可发现采用铝合金防撞梁是汽车轻量化未来趋势。 4)对比防撞梁比吸能分析结果显示，铝合金防撞梁吸能能力明显优于钢防撞梁，有助于提高整车安全性。

一、引言     铝合金轮毂是钢质轮毂的换代产品，它具有质量轻、导热快、美观华贵、节能安全等优点，目前国内外已广泛应用于轿车及其它轻型客车上。随着我国汽车工业的快速发展以及国外配件需求量的增加，市场容量十分可观。目前国内外制造铝合金轮毂的方法主要分为两大类：一类是锻造法，其中国外最先进的工艺是由连铸工序和三个锻造工序组成，该法虽然质量好，但成品率只有50%左右，价格昂贵。另一类是铸造法，分重力铸造和低压铸造。重力铸造法产品中缩孔、疏松、气孔等缺陷严重，机械强度低，成品率低，国外已经淘汰。目前国内外大多采用低压铸造法，该法产品质量和成品率都有一定提高，但工艺复杂，设备投资太大，从国外引进年产30万件的设备需投资亿元以上。采用液态模锻法，使铝合金在高压下结晶，并在结晶过程中产生一定量的变形，消除了缩孔、疏松、气孔等缺陷，产品既具有接近锻件的优良机械性能，又有精铸件一次精密成型的高效率、高精度，且投资大大低于低压铸造法。     二、轮毂的工艺特点及工艺关键     轮毂是一个类似一个较浅的杯形件，壁较薄，壁厚基本均匀，轮缘直径较大，高度适中，基本适合液态模锻工艺。制造的主要困难在于采用直接液态模锻法时，轮缘与原浇注液面之间容易形成较深的冷隔，必须采取措施避免。     影响工件内部结晶质量及力学性能的关键是温度场与应力场的控制，而影响温度场的因素又较多，因此必须通过试验和计算找到比较理想的温度——时间曲线。而应力场直接关系到工件中缩孔、疏松、气孔等缺陷的消除，必须确定合适的应力场分布，为获得高质量的工件打下基础。     三、模具设计及成形条件的确定     1.模具设计     考虑到工件表面可能出现夹杂等缺陷，厚度尺寸必须留有一定的机加工余量，所以在零件图厚度尺寸上单边加放0.5mm，并取拔模斜度1.5°，绘出锻件图。以该图为依据设计模具。根据工件的结构特点，必须采取直接液态模锻法，凹模采取垂直分型面，以便工件出模。采用垂直分模就必须有水平方向锁紧装置，考虑到设备条件限制，因此采用锥形护环锁紧装置，见图2中件3。工作时，在件4、6、8组成的凹模中浇注金属后，上模下行，件3首先压紧件4、8形成锁模，随后凸模6加压成形，保压后，凸模6随上模上行，件3在弹簧作用下仍压紧4、8，以便凸模脱模，弹簧压紧力应大于凸模脱模力，最后件2带动件3上行，件4、8分开取出工件。由于是试验模具，导向主要靠设备导向。合模行程由加压力控制，这样可能会给轮辐部分厚度尺寸带来误差，但并不影响试验效果却大大简化了定量浇注装置。     2.成形工艺条件的确定     (1)铝合金的熔炼及模具准备     轮毂工作时承受较大的冲击载荷，常用铝—硅合金制造。选用ZL107合金，电炉熔炼，以便比较准确地控制熔炼温度，并最好进行精炼除气处理。由于金属充填距离较长，为了增加充填性，浇注温度提高到730℃，模具工作前应预热到310℃，采用电阻丝加热，预热同时涂润滑剂，以便顺利脱模。采用石墨机油为润滑剂，为了保证均匀，最好采用喷涂。浇注温度与模具温度太高，会使工件表面粗糙甚至粘焊，温度过低，金属冷却太快，给充填成形造成困难。 　  (2)浇注与加压     液态模锻时没有浇口和冒口，所以要比较精确地定量浇注。采用漏斗浇注，漏斗需加热至与金属液相近的温度，进行“底注”，以避免金属液喷溅到模具上造成缺陷。      由于工件平面尺寸较大，散热较快，要在尽可能短的时间内浇注完毕，大型液压机速度较慢，快速下行转入工作加压需要一定时间，所以浇注后让凸模尽快下行，使开始加压时间控制在5～8s，加压速度在0.1m/s左右。速度太快会使金属液向外喷溅，造成浇不足。加压压力要大于100MPa，这是由于轮缘有一定高度，压力太低，会在轮缘与轮辐的连接部分压力不足，机械性能较差。保压时间约10s，冷却时间在15～20s，保压冷却时间太长，工件温度过低，会使脱模力大幅度增加，脱模困难甚至造成工件收缩破裂。     3.环形冷隔的处理     直接液态模锻时部分金属液上移充型，它与原金属液面之间形成一圈冷隔，这种冷隔有时是难以避免的，提高浇注温度与模具预热温度，缩短开始加压时间后，冷隔有所减轻，但无法完全避免，仍有1～1.5mm深冷隔，如图3所示。为此，在模具上冷隔形成的高度开一个R2的半圆弧，使冷隔形成在突起的圆弧上，在机加工工序切除，这样就完全消除了冷隔的影响。     四、轮毂机械性能的检测     为了检测轮毂的机械性能，首先对其进行热处理，热处理条件为515±5℃保温6h淬火，175±5℃保温6h回火，并加工成试件。     五、结论     (1)汽车铝合金轮毂的液态模锻工艺可行，产品性能优于目前的制造方法。      (2)该工艺设备简单、投资小，材料利用率高，产品成本低。      (3)工艺过程容易实现自动化，适于汽车配件的批量生产。     参考文献     ［1］上海交通大学.液态模锻.北京：国防工业出版社，1981.      ［2］齐胚骧.挤压铸造.北京：国防工业出版社，1984.      ［3］周大隽等.液态模锻技术的应用及新发展.锻压技术，1993，18(5).      ［4］大泽佳郎.汽车铝合金锻件现状.锻压技术.1993，18(6).

对于客车制造商来讲，除选择节油零部件外，如何减轻车辆本身的重量从而降低油耗也是他们所必须面临的问题。相比传统车身材料，铝合金分析仪器对汽车合金材质的应用可以使车身朝着轻量化方向发展。　　　　铝合金材料好处多　　　　说到铝合金材料的客车，就不得不提起宇通与美铝联合推出的国内首款靠前台铝制公交客车ZK6126HGE，借助奥运东风惊艳亮相。据介绍，ZK6126HGE车身大片的连接采用了焊接和铆接相结合的方式，大大提高了车身的平整度和美观度。由于采用美铝全铝框架设计和硬合金技术使ZK6126HGE整车减重达到25％以上，远远超过自重降低15％的预期。这款12米城市公交客车上实现了减重超过1400公斤，也就是使车辆空载状态下重量降低约11.6%。其中车身的减重效果十分明显，与传统钢制客车车身相比车身可减重46%。　　　　不仅如此，使用铝合金材料的客车在安全性能上有着更大的优势，高强度的加工工艺，能达到很轻但弹性非常之好的效果，从而也就越安全。　　　　随着燃油税的征收、邮件不断上涨，铝合金材料客车由于重量较轻，整个运营周期就可节约燃油38250升。客车的运营周期按8年计算，如果按照0号柴油每升6元的价格，全铝车身客车样车在整个运营周期内可比普通客车省下约23万元的油钱。　　　　锻造铝合金轮毂悄然流行　　　　纵然全铝车身有这巨大优势，然而在现行的条件下产业化，显然还有很长一段路要走。因此在车辆局部利用铝合金材质成为了较好的选择，锻造铝合金轮毂已得到业界的广泛认可，在北京、上海、广州等地都有指标性车队及长途大巴使用。　　　　技术、成本成障碍　　　　尽管全铝客车在轻量化上有着巨大的优势，但也有分析人士认为：“全铝车身的生产成本将比普通客车上升40%～50%，即便全铝客车在使用和回收利用方面优于传统客车，但全铝车身客车30万美元销售价格仍然会高于整个运营期间所省下的油费。　　　　速霸路锻造铝合金轮毂　　　　铝合金轮毂在23-24公斤，整车重量减轻160多公斤，由于合金轮毂的散热传到性能优于钢制轮胎，使用寿命可以得到较大幅度的提升，单胎每毫米较高可以提升30%。铝合金轮毂的变形量较钢制非常的小，意味着车辆在起步状态下轮胎始终保持较好的圆度，减少了因轮毂变形造成的椭圆度阻力，有效减少发动机功率的损失达到降低油耗的目的。

美铝已经开发出来一种铝合金Dura-Bright燃料箱，着陆齿轮，复合材料板。    铝合金Dura-Bright燃料箱耐腐蚀，表面无需抛光，可以使表面光泽持续多年。新型铝合金着陆齿轮可使载重汽车的拖车减轻重量100磅，并能满足或超过所有负载状态，这种铝合金着陆齿轮，又称为第5车轮，采用了Holland集团独自的无润滑技术，利用6061 T6锻铝板制成，比起具代表性的钢材加工第5车轮减轻重量100磅。    复合材料板Aluplate，是把一种高强度铝合金板和一种挤压热塑铝型材结合在一起制成的。

一、引言  　　铝合金轮毂是钢质轮毂的换代产品，它具有质量轻、导热快、美观华贵、节能安全等优点，目前国内外已广泛应用于轿车及其它轻型客车上。随着我国汽车工业的快速发展以及国外配件需求量的增加，市场容量十分可观。目前国内外制造铝合金轮毂的方法主要分为两大类：一类是锻造法，其中国外较先进的工艺是由连铸工序和三个锻造工序组成，该法虽然质量好，但成品率只有50%左右，价格昂贵。另一类是铸造法，分重力铸造和低压铸造。重力铸造法产品中缩孔、疏松、气孔等缺陷严重，机械强度低，成品率低，国外已经淘汰。目前国内外大多采用低压铸造法，该法产品质量和成品率都有一定提高，但工艺复杂，设备投资太大，从国外引进年产30万件的设备需投资亿元以上。采用液态模锻法，使铝合金在高压下结晶，并在结晶过程中产生一定量的变形，消除了缩孔、疏松、气孔等缺陷，产品既具有接近锻件的优良机械性能，又有精铸件一次精密成型的高效率、高精度，且投资大大低于低压铸造法。     二、轮毂的工艺特点及工艺关键     轮毂是一个类似一个较浅的杯形件，壁较薄，壁厚基本均匀，轮缘直径较大，高度适中，基本适合液态模锻工艺。制造的主要困难在于采用直接液态模锻法时，轮缘与原浇注液面之间容易形成较深的冷隔，必须采取措施避免。     影响工件内部结晶质量及力学性能的关键是温度场与应力场的控制，而影响温度场的因素又较多，因此必须通过试验和计算找到比较理想的温度——时间曲线。而应力场直接关系到工件中缩孔、疏松、气孔等缺陷的消除，必须确定合适的应力场分布，为获得高质量的工件打下基础。 　三、模具设计及成形条件的确定     1.模具设计     考虑到工件表面可能出现夹杂等缺陷，厚度尺寸必须留有一定的机加工余量，所以在零件图厚度尺寸上单边加放0.5mm，并取拔模斜度1.5°，绘出锻件图。以该图为依据设计模具。根据工件的结构特点，必须采取直接液态模锻法，凹模采取垂直分型面，以便工件出模。采用垂直分模就必须有水平方向锁紧装置，考虑到设备条件限制，因此采用锥形护环锁紧装置，见图2中件3。工作时，在件4、6、8组成的凹模中浇注金属后，上模下行，件3首先压紧件4、8形成锁模，随后凸模6加压成形，保压后，凸模6随上模上行，件3在弹簧作用下仍压紧4、8，以便凸模脱模，弹簧压紧力应大于凸模脱模力，较后件2带动件3上行，件4、8分开取出工件。由于是试验模具，导向主要靠设备导向。合模行程由加压力控制，这样可能会给轮辐部分厚度尺寸带来误差，但并不影响试验效果却大大简化了定量浇注装置。     2.成形工艺条件的确定     (1)铝合金的熔炼及模具准备     轮毂工作时承受较大的冲击载荷，常用铝—硅合金制造。选用ZL107合金，电炉熔炼，以便比较准确地控制熔炼温度，并较好进行精炼除气处理。由于金属充填距离较长，为了增加充填性，浇注温度提高到730℃，模具工作前应预热到310℃，采用电阻丝加热，预热同时涂润滑剂，以便顺利脱模。采用石墨机油为润滑剂，为了保证均匀，较好采用喷涂。浇注温度与模具温度太高，会使工件表面粗糙甚至粘焊，温度过低，金属冷却太快，给充填成形造成困难。   (2)浇注与加压    液态模锻时没有浇口和冒口，所以要比较准确地定量浇注。采用漏斗浇注，漏斗需加热至与金属液相近的温度，进行“底注”，以避免金属液喷溅到模具上造成缺陷。由于工件平面尺寸较大，散热较快，要在尽可能短的时间内浇注完毕，大型液压机速度较慢，快速下行转入工作加压需要一定时间，所以浇注后让凸模尽快下行，使开始加压时间控制在5～8s，加压速度在0.1m/s左右。速度太快会使金属液向外喷溅，造成浇不足。加压压力要大于100MPa，这是由于轮缘有一定高度，压力太低，会在轮缘与轮辐的连接部分压力不足，机械性能较差。保压时间约10s，冷却时间在15～20s，保压冷却时间太长，工件温度过低，会使脱模力大幅度增加，脱模困难甚至造成工件收缩破裂。     3.环形冷隔的处理     直接液态模锻时部分金属液上移充型，它与原金属液面之间形成一圈冷隔，这种冷隔有时是难以避免的，提高浇注温度与模具预热温度，缩短开始加压时间后，冷隔有所减轻，但无法完全避免，仍有1～1.5mm深冷隔，如图3所示。为此，在模具上冷隔形成的高度开一个R2的半圆弧，使冷隔形成在突起的圆弧上，在机加工工序切除，这样就完全消除了冷隔的影响。     四、轮毂机械性能的检测     为了检测轮毂的机械性能，首先对其进行热处理，热处理条件为515±5℃保温6h淬火，175±5℃保温6h回火，并加工成试件。     五、结论     (1)汽车铝合金轮毂的液态模锻工艺可行，产品性能优于目前的制造方法。    (2)该工艺设备简单、投资小，材料利用率高，产品成本低。    (3)工艺过程容易实现自动化，适于汽车配件的批量生产。

序号部  位5.50E5.00S6.00T6.57.01腰  宽136±1.5138士1.2+1.8 167 -1.0+1.8 167.5 -1.0+1.8 193 -1.0  2  腰  厚+0.5 4.0 -0.3+0.5 5．0 -0.3+0.4 6.2 -0.5+0.5 6．0 -0.4+0.5 5．0 -0.4  3腿  宽+2.4 16 -0.6+2.4 24 -0.8+2.9 27.5 -0.8+3.0 22.5 -0.5+3.0 22 -0.54腿  高+1.0 22 -0.533.5±0.438±0.635.5±0.638±0.65腿  厚 +0.4 6 -0.2+0.2 7 -0.56.5士0.46.5±0.56槽口宽 +0.7 10 0+0.7 12 -0.5  7槽底宽 +0.7 9 -0.3+0.7 11.5 -0.5  8槽全深+0.6 7.5 -0.3+0.45 10 -0.5+0.45 11 -0.5+0.5 8 -0.3+0.45 ll -0.59槽底外表面至 槽内侧顶点距+0.7 14 -0.3+0.75 15.5 -0.3+0.95 19 -0.3+0.5 15.7 -0.5+0.7 19 -0.410槽内外侧高度差 +0.75 1 - 0+0.75 1 - 0  11槽中心至外侧距 +1.0 12.5 -0.7土1.0 15.8 -1.0  表4-102型钢的牌号和化学成分牌号化学成分(质量分数)(％) 汽车用型钢CSiMnPS12LW0.08～O．140.12～0．22O．25～0.55≤O．040≤0.04015LW0.12～0.190.35-0.65 注：钢中镍、铬、铜的残余含量”应各不大于O．30％，供方若能保证合格可不做分析。牌  号抗拉强度ób    ／MPa伸长率δ50(％)≥冷弯180°d=2a12LW355～47030良好15LW375～49027 注：d为弯心直径；a为腹板厚度。 一种汽车用浮点型钢质薄壁镀铬汽缸套，包括本体，在本体上固设有上支撑端、下支撑端、本体外圆面、本体内孔工作面、导向部、下端面，在本体内孔工作面上固设有１３０－１５０°交叉网纹、均匀分布的蝌蚪状储油池。本实用新型的优点为：可较研磨型钢质汽缸套的耗油量明显下降，节能效果好；尾气排放量达标，减少对环境的污染；使用寿命长，可达３０万公里。

汽车生产商和众多汽车爱好者对于“汽车双面镀锌”这个词应该不会陌生，汽车双面镀锌是指汽车外壳的里外两面都镀上一层锌，说是可以提高防锈作用。那到底这个双面镀锌有没有用呢？研究调查证明，双面镀锌钢板的外板具有良好的抗外观腐蚀性能。处于低湿度环境下的汽车搭接件的腐蚀深度，随镀锌层厚度的增加而减小。当钢板镀锌层厚度超过45g/m^2，腐蚀程度很小。调查还发现，镀锌钢板的使用改善了汽车的抗腐蚀性能。但是，“双面镀锌”这一工艺在汽车制造业中运用的不是很广泛，主要是因为成本太高，国产车辆一般都不使用这项技术。锌易溶于酸，也能溶于碱，故称它为两性 金属 。锌在干燥的空气中几乎不发生变化。在潮湿的空气中，锌表面会生成致密的碱式碳酸锌膜。在含二氧化硫、硫化氢以及海洋性气氛中，锌的耐蚀性较差，尤其在高温高湿含有机酸的气氛里，锌镀层极易被腐蚀。 锌的标准电极电位为-0.76V，对钢铁基体来说，锌镀层属于阳极性镀层，它主要用于防止钢铁的腐蚀，其防护性能的优劣与镀层厚度关系甚大。 锌镀层经钝化处理、染色或涂覆护光剂后，能显著提高其防护性和装饰性。现在钢板的表面镀锌主要采用的方法是热镀锌。热镀锌板的生产工序主要包括：原板准备→镀前处理→热浸镀→镀后处理→成品检验等。镀锌原理：在盛有镀锌液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆 金属 制成阳极，两极分别与直流电源的正极和负极联接。镀锌液由含有镀覆 金属 的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，镀锌液中的 金属 离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的 金属 形成 金属 离子进入镀锌液，以保持被镀覆的 金属 离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。镀锌时，阳极材料的质量、镀锌液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。

近二十年来，世界汽车产量持续增长，年均增长率为2.5%。汽车工业发展程度是一个国家发达程度的重要标志之一，而金属材料是汽车工业发展的重要基础。出于节能与环保的要求，汽车设计专家们想方设法减轻汽车体重，以达到减少汽油消耗和废气排放量的双重效果。镁合金作为最轻的结构材料，能满足日益严格的节能的尾气排放的要求；可生产出重量轻、耗油少、环保型的新型汽车。镁合金汽车零件的好处可简单归纳为： 　　密度小，可减轻整车重量，间接减少燃油消耗量； 　　镁的比强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷； 　　镁具有良好的铸造性和尺寸稳定性，容易加工，废品率低； 　　镁具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，用于壳体可降低噪声，用于座椅、轮圈可以减少振动，提高汽车的安全性和舒适性。 　　镁合金在汽车上用作零部件的历史约有70年。早在1930年就用于一辆赛车上的活塞和欧宝汽车上的油泵箱，之后用量和应用部位逐渐增加。六十年代在有的车种上用量达到23千克，主要用作阀门壳、空气清洁箱、制动器、离合器、踏板架等。八十年代初，由于采用新工艺，严格限制了铁、铜、镍等杂质元素的含量，镁合金的耐蚀性得到了解决，同时，成本下降又大大促进了镁合金在汽车上的应用。从九十年代开始，欧美、日本、韩国的汽车商都逐渐开始把镁合金用于许多汽车零件上。 　　镁合金压铸件在汽车上的应用已经显示出长期的增长态势。在过去十年里，其年增长速度超过15%。在欧洲，已经有300种不同的镁制部件用于组装汽车，每辆欧洲生产的汽车上平均使用2.5kg镁。乐观的估计认为，出于减重的需求，每辆汽车对镁的需求将提高至70—120kg。 　　目前，汽车仪表、座位架、方向操纵系统部件、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂、发动机和安全部件上都有镁合金压铸产品的应用。.

轿车铝质材料 铝是人们最了解的金属之一。铝制炊具，铝制窗门等等，铝做为日常日子中最常用的金属，现已深化人们日子的各个方面。而在轿车领域中，铝材的广泛运用是近二十多年才呈现的工作。     从70年代起，轿车技能上最显着的改变之一是很多启用了轻型材料，呈现了许多用铝、塑料等做成的部件，其间铝材用量最多，会集在车身构件、发动机、空调器、保险杠、装修件、车座等部件上。据调查，94年美国出产的每辆轿车中，均匀用铝量为86.7公斤，比10年前增加了47%，轿车自重同20年前比较减轻了20%。因为轿车轻量化是节省燃料最重要的办法，现代轿车日益广泛运用铝材，现已成为一种趋势。例如轿车轮圈就是一个最显着的比如，80年代初，大部分轿车仍是运用钢质轮圈，当今绝大部分轿车都是用铝合金轮圈了。     因为铝的比重只要铁的三分之一强，质量轻，并且铝材简直能够悉数收回，从头加工运用，对环境保护有优点。有些铝合金材的物理性能已与车用钢材类似，具有适当的强度和刚度，本钱也日趋下降。因而，依照现在的技能来削减轿车的分量，最有用的途径就是选用铝材等优质材料来替代钢材。可是，铝材运用在轿车上会遇到许多技能上的难题，加工难度比钢材要大得多。例如轿车车身大部分的工件都是靠冲压成形，因为铝材不是很平直的，假如用冲压钢板的办法去冲压铝板，会呈现裂缝和褶皱。     一起轿车车身大部分的工件都是用焊接拼装，因为铝是热的良导体，在焊接时需要用适当于钢板焊接时5倍的电流耗费量来熔化它。别的，在防腐处理和喷漆工艺上，铝材都有自己的特殊要求，异乎寻常。因为铝材的运用会涉及到整个造车材料、工艺技能和加工设备的更新改造，轿车趋向运用铝材实际上就是轿车开展进程中的一场技能。     现在，轿车用铝合金材已具有多种规格，有些新式的铝合金材具有杰出的冲压性、可焊性和抗蚀性，具有必定的强度和钢度，适用于制作刚度大的承载构件，例如车身部分。近年日本轿车制作业开发的一种新式铝合金板材，内含1%的镁和硅，能够越烘越硬，其性能参数已与钢板类似。日本本田公司出产的尖端跑车NSX，车身和部分底盘零件悉数用铝合金制做的，车体分量比用钢材制作时减轻了140公斤，整辆轿车轻了200公斤，燃料耗费率下降了13%。现在全铝车身还仅限于高档轿车和跑车，跟着时刻的搬运，制作本钱的不断下降，将会有更多类型的轿车车身和零部件运用铝合金材。据预测，跟着轿车技能的开展，到下世纪初轿车的首要材料将由钢材转为铝材，轿车的均匀分量将会减轻35%。

随着顾客们提出“绿色”的理念，汽车驱动器更小，更轻，更能节省能量了。　　　　尽管政府人员提出低碳经济生活以及更少的二氧化碳排放，但这并不能意味着的小，比如说交通工具。　　　　Evora使用了更轻的铝和复合构件，包括复合顶板以及车身，使汽车减肥！

一般情况下，选用波纹管的材料应满足下列条件： （1）良好的朔性，便于波纹管的加工成形，且能通过随后的处理工艺（冷作硬化、热处理等），获得中够的硬度和强度。 汽车波纹管（2）高的弹性极限、抗拉强度和疲劳强度，保证波纹管正常工作。 （3）良好的焊接性能，满足波纹管在制作过程中的焊接工艺要求。 （4）较好的耐腐蚀性能，满足波纹管在不同环境下工作。 一般来说，大多数生产厂家都采用奥氏体不锈钢材料牌号 备注 0Cr18Ni9 推荐材料，相当于国外304 00Cr19Ni10 相当于国外304L 0Cr17NiMo2 相当于国外316 00Cr17Ni4Mo2 相当于国外316L 金属材料详细分类 普通钢板： 热板、热卷、冷板、冷卷、酸洗板、酸洗卷、热连轧钢板、碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板、碳素结构钢和低合金结构热轧薄钢板、碳素结构钢和低合金结构冷轧薄钢板、优质碳素结构钢热轧薄钢板、优质碳素结构钢热轧薄弱钢板、优质碳素结构钢冷轧薄弱钢板、合金结构钢热轧厚钢板、合金结构钢薄钢板、高强度结构钢热处理和控轧钢板.