【技術大咖】李承波:高性能鋁合金擠壓材在汽車上的應用

2021-01-08 上海有色金屬網

SMM 9月19日訊：廣東和勝工業鋁材股份有限公司技術副總李承波在《2019中國汽車新材料應用高峰論壇暨第七屆鋁加工產業鏈供需交易峰會》上就高性能鋁合金擠壓材在汽車上的應用進行詳述。他說到新能源汽車有四化：輕量化、智能化、網絡化、電動化，並且多材料車身輕量化技術成為輕量化技術主要和重點發展方向，國內與國際水平尚有較大差距。

目前，應用於新能源汽車的輕量化材料主要有高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維等幾種。到2030年新能源汽車的用鋁量可達900萬噸。

 汽車輕量化背景

新能源汽車四化：輕量化、智能化、網絡化、電動化。

多材料車身輕量化技術成為輕量化技術主要和重點發展方向，國內與國際水平尚有較大差距。

新能源輕量化材料研究

純電動汽車整車重量若降低 10kg，續駛裡程則可增加 2.5km。提升電動汽車的續駛裡程，除了加強電池和驅動系統之外，與車身輕量化的程度也密不可分，而車身輕量化最明顯的特徵就是材料的選擇。目前，應用於新能源汽車的輕量化材料主要有高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維等幾種。

2030年新能源汽車的用鋁量可達900萬噸

汽車用高性能鋁合金型材，強度越來越高，型腔越來越複雜，壁厚越來越薄。

汽車用鋁合金擠壓材介紹

鋁合金機械三性與鋼的差異：

鋁合金屈強比高、延伸率較低，導致鋁合金冷變形加工要比鋼困難得多，鋁容易回彈。

彈性模量：鋁彈性模量較低，約70GPa，一般合金鋼約200GPa，是鋁的3倍。鋁比較不耐衝擊。

汽車結構件常用鋁合金物理性能一覽表

6005A——適用中等強度複雜斷面型材

6005A 改性合金,具有中等強度, 擠壓性、耐腐蝕性、焊接性優於6061，淬火敏感性低於6061，強度接近6061，可廣泛應 用於軌道列車、汽車、航空等交通運輸業。當使用風冷等低淬火強度時，6005A拉伸性能優於6061； 當使用水冷等高淬火強度，6005A拉伸性能與6061接近。 當使用水冷等高淬火強度，型材易發生嚴重變形造成尺寸超差， 整體品質不可接受。

高性能鋁型材在汽車上的應用

高性能鋁型材在汽車Pack 箱體上的應用：鋼箱體、鑄鋁箱體、擠鋁箱體

主流鋁型材箱體主要結構形式：1. 型材框架承載結構箱體；2. 底板承載結構箱體；3. 冷卻一體式結構箱體 、4. 鈑金結構箱體。

主要存在的問題： 1. 拼接MIG/TIG/CMT焊接強度問題； 2. 箱體密封問題，內層密封、外層密封、雙層密封、密封膠問題； 3. 水冷系統結構及與箱體安裝問題；4. 模組、電器件、水冷系統、線束等零件的緊固問題；5. 鋁託盤底部抗石擊防護問題。

未來箱體發展方向：1. 為提升箱體結構強度，避免焊接強度減弱問題，使用鉚接或螺接+密封膠來設計箱體；2. 水冷系統與Pack箱體融合設計；3. 箱體底板防護、隔熱保溫以及水冷系統融合一體式設計；4. 承載結構連接方式多元化。

一站式服務

電池箱體的生產可以從最開始的鋁合金熔煉到最終表面處理好的產品一條龍生產和品質管控服務。生產過程中的材料100%廠內回收使用，不使用廠外的回收材料，進一步保障了產品品質。公司內部物流儘量縮短工序間轉運成本，做到集中生產，確保高效產出和品質穩定性。

高性能鋁型材在汽車模組及電池上的應用

通過擠壓、CNC加工及彎加工為新能源硬殼動 力電池模組提供高精度側面護板、端面護板。

1、多芯頭複雜斷面型材模具設計加工技術

2、高難度斷面型材擠壓生產技術

3、高強合金應用

4、全自動超聲波清洗技術

改進型合金 M303（以3003 合金為基礎）進行擠壓、拉拔加工，得到高精度、高強韌、耐腐蝕的大斷面薄壁矩形管/圓管，用於大功率動力鋰電池外殼。

高性能鋁型材在熱管理系統的散熱器上應用

1、用於生產扁管、口琴管的鋁合金有1070、3003以及自主開發的專用改進型合金S120（降低合金成分，利於型材成型和後續的五金加工，優於一般3003合金的防腐性能）

2、特殊專用鋸臺可保證鋸口滿足客戶要求。

3、全自動超聲波清洗機，除去型材表面油汙及內孔鋁屑，滿足電池產品高潔淨度要求。

新能源汽車動力冷卻系統用液冷板，平行流散熱器產品，具有強度高，尺寸精度高等特點。對於釺焊工藝中的材料厚度，焊接參數，纖料選擇，夾具設計，爐後整形等關鍵步驟進行嚴格把控，保障了產品的穩定性和較高的性價比。

各類散熱器類型及優劣勢對比

高性能鋁型材在汽車防撞結構件上的應用

防撞結構件——高強韌鋁合金

彎曲開裂與材料微觀組織關聯度高，通過元素優化設計及工藝過程開發，獲得完全縱向纖維組織的材料彎曲性能最佳，實現強化相細小彌散的析出，保持鋁合金高強韌性能，提高材料的耐腐蝕性能。該材料符合大眾TL116材料規範-C32標準，符合奔馳DBL4919材料規範碰撞件標準。尤其適合防撞結構件型材生產。

吸能結構件——高強韌鋁合金

吸能盒又是另外的情況，依賴材料學常規思維無法確定材料的吸能效果，通常人們認為延伸率高的材料在壓縮時不易開裂，必拓鋁業研究員做大量實驗表明，鋁合金的軸向壓縮性能，最好用平均壓粹力表述（ mean crush force）MCF，與拉伸強度呈線性增加，延伸率不是壓碎過程中破裂敏感性的良好預測指標，在所測試的各種合金中，AA6008具有零裂紋時的最高強度。同樣力學性質的材料，纖維組織的產品表現出最優的吸能效果。

高性能鋁型材在汽車零部件上的應用

汽車行李架：可實現汽車鋁合金行李架產品左、右梁 的型材擠出、三維彎曲加工、銑削加工、表 面陽極氧化處理的一站式生產和服務。其產 品穩定性好，彎弧一致，表面處理效果優良。

汽車天窗導軌：改進型M63A合金具有易擠壓、 氧化表面效果的優良，可實現超 精級天窗導軌型材擠壓成型。

6101 ——高導電Al-Mg-Si合金

6101標準合金開發應用,其擠壓材適合折彎加工,具有較高的導電性能。 以直徑14.8 棒材進行測試,所得典型值。

空調直管/盤管生產工藝流程

坯料—打頭—拉拔—退火—拉拔—清洗—檢查包裝

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