全鋁車身到底好在哪?除了輕還有什么優(yōu)勢(shì)?

    導(dǎo)讀:鋁合金材質(zhì)在性能層面表現(xiàn)是遠(yuǎn)好過鋼材的,同等條件下全鋁車身能給車輛帶來安全性、操控性、燃油(耗電)經(jīng)濟(jì)性、耐久性等全方位的提升,問題就是成本仍然很高,所以非豪華車很少能用到全鋁車身.福特f-150用上全鋁車身算是很平民化的一次進(jìn)步了,不過那是美國的平民車,在中國還是豪車.說到汽車的全鋁車身,繞不開的特點(diǎn)就是輕,除了那些價(jià)格不菲的超跑會(huì)大量運(yùn)用碳纖維外,汽車輕量化設(shè)計(jì)多半都是靠大比例使用鋁合金來實(shí)現(xiàn)的.但除了輕以外,全鋁車身還有什么值得細(xì)究的特點(diǎn)呢?或許我們從基本的材料層面開始,一起好好嘮嗑一下這個(gè)話題吧:

    全鋁車身到底好在哪?除了輕還有什么優(yōu)勢(shì)?

    什么是全鋁車身?真的就是100%的鋁嗎?

    應(yīng)該沒有還會(huì)把全鋁理解成純鋁的吧?其實(shí)全鋁車身這個(gè)概念,是指車身結(jié)構(gòu)部分主要是由鋁合金來制造,不僅僅允許部分非鋁制零件的存在,而且鋁在這里頭也是以合金形式出現(xiàn)的.

    而鋁合金并不是指一種合金,實(shí)際上類別也挺多的,國際通行的規(guī)則是用一個(gè)四位數(shù)字加一個(gè)字母打頭的狀態(tài)代碼來區(qū)分鋁合金的種類,比如建筑行業(yè)常用的6063-t5,第 一位數(shù)字是1就代表是純度高于99%的純鋁,2-8分別代表鋁和銅、錳、硅、鎂、鎂+硅、鋅和其他元素組成的合金,9是備用組.后面的數(shù)字主要用于區(qū)分,就不再贅述具體邏輯,總之每一種配方的鋁合金都有特有的標(biāo)號(hào),對(duì)應(yīng)特有的特性.目前汽車全鋁車身用到的主要是5系列和6系列,都屬于密度低,抗拉強(qiáng)度和抗疲勞性好的材料,可以在遠(yuǎn)低于鋼材重量的情況下實(shí)現(xiàn)更高的強(qiáng)度,包括奧迪asf全鋁車身等都廣泛應(yīng)用.另外2系列和7系列也也有少量應(yīng)用,2系銅鋁合金硬度較高,會(huì)用在一些車身鈑金件上;7系列主要應(yīng)用是航空和軍工領(lǐng)域,屬于超硬、耐腐蝕、耐磨損的材料,當(dāng)然價(jià)格也很感人,國內(nèi)目前7系列鋁材主要依賴進(jìn)口.所以7系鋁合金很多時(shí)候都會(huì)只用在關(guān)鍵的地方,例如蔚來es8就只有縱梁等部分采用7003鋁材,其余部分則還是用常規(guī)的5系、6系和鋁鑄件(hdpc).

    搞清楚這些很多誤解也就不存在了,起碼知道了全鋁并不等于純鋁.不同的鋁合金特性有所差別,但用在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的鋁合金都有一個(gè)共性就是高強(qiáng)度,他們的硬度與同規(guī)格的不銹鋼相比普遍更強(qiáng),比如一般車身用的6系t4鋁合金在涂裝烘干后屈服強(qiáng)度在200mpa以上了,而spcc/dc04也就150-160mpa.另外全鋁車身并非一個(gè)整體,會(huì)根據(jù)車身不同部位的受力情況分布不同種類的材料(下圖,還是蔚來es8,其白車身不同材質(zhì)的鋁合金分布),一般會(huì)通過自沖鉚釘、激光焊接、膠接等方式連接,傳說中撞一下整個(gè)車身就廢的情況并不真實(shí),可以通過專業(yè)工具把受損部分更換掉的,當(dāng)然更貴是真的.

    全鋁車身有哪些優(yōu)勢(shì)?

    別嫌我啰嗦,排第 一的還是其輕量化效果鋼的密度是7.8,而鋁的密度是2.7,傳統(tǒng)汽車中車身約占整車重量的30-40%,用高強(qiáng)度鋼替代普通鋼材能減重約11%,而如果采用鋁合金能減重約40%.鋁合金在一輛整車中能夠使用超過500kg,帶來的效果是整車重量能降低40%左右.比如2012年發(fā)布的第四代路虎攬勝是攬勝系列車型首次引入全鋁車身概念,這一代攬勝比第三代車型輕了39%,成功減重350kg.從車上一下減掉了五個(gè)成年男性的重量,全鋁車身輕量化好處是不言而喻的,從動(dòng)力表現(xiàn)、燃油經(jīng)濟(jì)性到操控性能都會(huì)有很大提升.

    提高車身強(qiáng)度,增加安全性論強(qiáng)度的話鋁合金會(huì)略遜于鋼板,但低密度讓鋁合金有更大的優(yōu)勢(shì),同等強(qiáng)度鋼板和鋁合金,厚度比為1:1.4,而重量比僅1:0.5,就是說鋁合金僅需一半的重量便能達(dá)到同等強(qiáng)度.一般全鋁車身用的鋁合金板件要比普通低碳鋼厚0.2-0.5mm,通過增加厚度能實(shí)現(xiàn)比高強(qiáng)度鋼更高的車身鋼性和抗扭性能.

    提升操控性這一點(diǎn)是和前面兩點(diǎn)直接掛鉤的,輕量化能降低車身慣量,增加推重比,相同的動(dòng)力水平下動(dòng)力表現(xiàn)能有很大提升.而增加車身鋼性和抗扭性后,相當(dāng)于車身增加了強(qiáng)化拉桿的效果,能給懸掛調(diào)校留出更充足的空間,提升車身極限.另外就是全鋁車身的車型一般也會(huì)在底盤懸掛方面進(jìn)行一些優(yōu)化,例如很少鋁車身的車型擺臂會(huì)又用回鋼材的,而全鋁懸掛組件能減輕簧下質(zhì)量,對(duì)操控提升有一定幫助.

    超強(qiáng)的抗腐蝕性能鋁本身并不穩(wěn)定,很容易氧化.不過鋁氧化會(huì)在表面形成一層致密的氧化層,并且與基體牢固結(jié)合,穩(wěn)定性很高能對(duì)鋁基體形成嚴(yán)密的保護(hù).并且在濕潤大氣環(huán)境下,這個(gè)保護(hù)層能夠增厚.不過也因?yàn)殇X的這種表面屬性以及導(dǎo)電性,全鋁車身的涂裝過程中也比較特別,電泳的槽液要經(jīng)常更換,成本會(huì)更高.

    更好的可塑性這一點(diǎn)也忍不住想提一下,鋁合金能塑造極美的車身曲面,比如捷豹c-type、d-type、以及美汽車e-type的鋁制車體,今天來看依然極富美感,而這種靈龍浮凸的曲面造型,在當(dāng)時(shí)的技術(shù)來說,鋼材是極難做出來的.當(dāng)然今天的沖壓、鈑金技術(shù)已經(jīng)可以讓鋼材呈現(xiàn)出復(fù)雜的曲面甚至是銳利無比的折角(奧迪是好的代表),不過還是有很多車出于設(shè)計(jì)考慮,在引擎蓋等位置選用鋁合金材質(zhì),只是這已經(jīng)屬于車身覆蓋件的范疇了,和車體無關(guān).

    講完了鋁車身的特性,下面我們來談?wù)勪X車身在行業(yè)中的現(xiàn)狀,以及造成這些現(xiàn)狀背后的原因.

    貴仍然是全鋁車身的問題

    為什么在全鋁車身性能優(yōu)勢(shì)明顯占優(yōu)的情況下,今天市面上全鋁車身的占比不過1%?很簡單,貴仍然是主因.

    一方面是純鋁的冶煉和鋁合金的加工成本都較鋼更高,鋁合金本身的價(jià)格較高;另一方面是加工工藝比較復(fù)雜,鋁合金在融化焊接過程中氧化鋁不溶阻礙填充金屬潤濕,會(huì)形成裂縫,需要通過攪拌摩擦焊接及激光熔纖焊等技術(shù)實(shí)現(xiàn).而在不適合焊接的地方需要用到柳接和粘合劑連接.例如全鋁車身的捷豹xe全車需要2000多個(gè)柳釘,而粘合劑使用也需要對(duì)表面氧化層處理保證粘合效果,對(duì)環(huán)境要求較高,因而帶來較高成本.

    一般一個(gè)全鋁車身會(huì)用到自沖鉚釘、熱融自攻螺釘、鋁電阻點(diǎn)焊、冷金屬焊接、激光焊接、膠接連接等幾種甚至全部工藝,生產(chǎn)流程的復(fù)雜性和自動(dòng)化程度要求都遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)車身.

    總結(jié)一下,全鋁車身不僅僅是材料本身的成本更高,制造工藝的門檻也比鋼質(zhì)車身高出不少.所以能用全鋁車身的車型,或許到不了超跑的程度,但也是談不上什么經(jīng)濟(jì)實(shí)惠了.例如當(dāng)年奧迪的asf全鋁車架也只在上代a8上面有應(yīng)用,往下的其他車型實(shí)在cover不了這個(gè)成本,而且新一代a8也放棄全鋁的概念了,在他們覺得合適的地方也還是用上了高強(qiáng)度鋼.

    新能源助推全鋁車身的發(fā)展

    一個(gè)利好消息是電動(dòng)車時(shí)代的到來可能會(huì)讓全鋁車身有大的發(fā)展,目前世界范圍內(nèi)在政策的引導(dǎo)下,從傳統(tǒng)車企到新興的品牌都投入了電動(dòng)車的行列,大量資金的投入讓這個(gè)趨勢(shì)已經(jīng)不可逆.在電動(dòng)車上使用全鋁車身,車重降低10%,電耗可以降低5.5%,從而續(xù)航里程增加5.5%.而實(shí)現(xiàn)相同里程增量需要增加的電池成本遠(yuǎn)高于此.因而相比燃油車輕量化并不可觀的節(jié)油效果,輕量化讓電動(dòng)車增加的續(xù)航里程有意義的多.例如大眾e-golf,通過使用全鋁車身成功減重187kg,而同時(shí)優(yōu)化電池配置后成本降低了635歐元.

    目前市面上入門級(jí)的電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程普遍不高,更多的用于城市通勤.走高端化路線的寶馬i系列直接用上了碳纖維車身,底盤結(jié)構(gòu)采用鋁合金材料,已經(jīng)推出的i3和i8售價(jià)都比較感人.再有就是運(yùn)用全鋁車身的特斯拉model s/x和蔚來es8,而更入門的model 3已經(jīng)放棄了全鋁車身,采用成本更低的鋁/鋼混合材料.在可預(yù)見的未來,續(xù)航里程會(huì)長期是純電動(dòng)車重要的指標(biāo)之一,鋁制車身帶來的數(shù)百公斤的減重必然會(huì)是定位高端的電動(dòng)車十分看重的一點(diǎn),而全鋁車身更大范圍的應(yīng)用或許能夠有助于這一技術(shù)降低成本,未來逐步下沉到更入門一些的車型.