1.3 主機廠鋁合金應用案例

1.3.1 蔚來汽車全鋁車身及鋁合金電驅動

蔚來汽車的ES8車身采用全鋁結構，鋁合金材料占比達到91%。如圖1-2所示，蔚來ES8鋁車身骨架結構幾乎全部使用鋁合金材料，其中包含鋁板沖壓件79個（71個6XXX系鋁板和8個5XXX系鋁板），鋁壓鑄件14個，以及鋁擠壓件18個（6個7XXX系鋁合金，12個6XXX系鋁合金）。蔚來ES8鋁車身骨架采用的連接工藝主要有熱熔自攻螺接（FDS）、SPR、鋁點焊、激光焊接、弧焊、膠粘和抽芯拉鉚。

圖1-3所示為蔚來ES8三合一電驅動，其中電機控制單元（MCU）殼體、減速器殼體、電機殼體和端蓋等零件都采用了鋁合金鑄造。

1.3.2 愛馳汽車鋼鋁混合車身及鋁合金電驅動

愛馳U5的MAS平臺是上鋼下鋁車身結構的模塊化電動汽車平臺，具有高強度、輕量化、集成化、模塊化特征。如圖1-4所示，白車身鋁合金材料占比為52%，架構安全件基本全部采用鋁擠壓型材和高真空壓鑄鋁合金結構件，而車身地板面板采用鋁板沖壓件，與傳統車相比，白車身減重50kg。

圖1-5所示為愛馳汽車開發的三合一電驅動。其中MCU殼體、減速器殼體、后端蓋、接線盒蓋板零件用到了鋁合金鑄件，而電機殼體則采用了鋁合金擠壓型材。

不論是鋁合金車身，或者鋁合金電池包外殼，還是電驅動的鋁合金殼體零件，都離不開鋁合金材料的研究與選型，以及采用的工藝方案這些共性問題。本書第2～4章將分別從鋁合金擠壓、鋁合金鑄造及鋁合金沖壓三種工藝及常用材料進行展開；第5章介紹鋁合金連接工藝；第6章融合上述三種成型工藝和鋁連接工藝在鋁車身開發中的應用；第7章從整車剛度模態耐久和安全性能方面進行仿真和驗證；第8章對未來的技術進行了展望。

1.3.3 奧迪鋼鋁混合車身及鋁合金電池殼體

奧迪在鋁制車身設計和制造方面一直處于比較領先的位置。早在1982年，奧迪就與美國的鋁合金廠合作研發鋁合金車身來降低車身重量，并在之后奧迪A8的幾代車型上都進行了應用。一方面，奧迪整體框架技術的進一步發展使得白車身零件數量不斷減少，同時也減少了車身連接點的數量，D2（第二代）使用了334個零件，D3（第三代）使用了267個零件，D4（第四代）使用了243個零件。另一方面，奧迪所應用的鋁合金種類數量及屈服強度不斷增加，D2使用了7種合金，屈服強度為100～200MPa；D3使用了10種合金，屈服強度為120～240MPa；D4使用了13種合金，屈服強度為120～280MPa。

奧迪e-tron是奧迪首款純電動量產車型，基于縱置模塊化平臺MLB Evo打造。MLB Evo平臺是MLB平臺的升級產品，相較于后者，它的最大變化是通過輕量化技術的運用，使整車重量約降低了50kg。平臺輕量化技術的優勢非常多，輕盈的車身能夠提高操控穩定性，也將大大提高汽車的續駛里程。針對日益提高的安全碰撞測試要求，為了更有效地保護碰撞時乘員的安全，奧迪e-tron在A柱、B柱、雪橇板及座椅橫梁等駕駛艙框架部位采用了超強熱成形鋼，占比為22%。覆蓋件、后地板面板等非碰撞安全結構件部位采用了鋁板；前、后防撞梁和吸能盒等部位采用了鋁擠壓件；減震塔屬于結構復雜的重要承載部位，為鑄造鋁合金件；白車身的其余部分則采用傳統鋼板，保證車身的剛度、強度，降低維修成本，占比57%；車身材料占比如圖1-6所示。

奧迪e-tron的高壓鋰電池采用了鋁合金外殼，鋁擠壓框架的結構。該電池殼體的結構不僅能夠在碰撞時有效地保護電池，而且相較于其他車型還增加了27%的扭轉剛度，為車身輕量化提供了更多的優化空間。圖1-7a所示為奧迪e-tron電池殼體結構，依次是內部的鋁型材吸能結構、鋁合金外殼的下層、電池組外的殼體架構與電池框架、置于底部的冷卻系統及防碎石沖擊的底部防護板。電池殼體的載荷路徑如圖1-7b所示。

鋼板和鋁合金有著不同的材料特性，因此奧迪e-tron采用了多種不同的車身連接工藝。除了較為常用的SPR、FDS、電阻點焊、激光拼焊和激光釬焊外，還采用了無鉚釘連接（Clinching）、摩擦塞鉚焊（Friction Element Welding，FEW）等先進的連接工藝，如圖1-8所示。

其中，無鉚釘連接是可塑性薄板的不可拆卸式沖壓點連接技術的國際注冊名稱。它利用專業的沖壓設備和連接模具，在外力作用下，使被連接的兩個板件擠壓塑性變形，在擠壓處互相鑲嵌，形成一個圓形的連接點，將板件點連接起來。這是一種過程簡單、成本低且效率高的點連接方法，通常用于非承載部位的異種材料連接。

摩擦塞鉚焊（FEW）是一種先進的連接技術，它通過“緊固件”的高速旋轉及適當的壓力穿透上層板料，這時“緊固件”暫停壓入，保持旋轉產生熱量并熔化下層板料，在壓力的作用下，完成“緊固件”與下層板料的焊接。摩擦塞鉚焊是一種FDS與電阻點焊（Resistance Spot Welding，RSW）結合的工藝，常用于超高強度鋼、熱成形鋼與鋁合金的連接。

1.3.4 泛亞汽車車身輕量化路線

整車的輕量化體系分為三方面：整車輕量化設計體系、整車輕型材料開發體系和輕型材料的制造連接工藝體系，泛亞車身輕量化技術路線如圖1-9所示。

1.設計

在車身結構設計上，泛亞具有完備的結構設計優化體系，如圖1-10所示。

2.材料

車身輕量化材料發展路線如圖1-11所示。現階段可規模利用的輕型材料主要有三種：①輕型非金屬材料，如片狀模塑料（SMC）、玻璃纖維增強塑料（Glass Fiber Reinforced Plastic，GFRP）、碳纖維增強復合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）、車身復合材料；②輕質金屬材料，如沖壓鋁板、鋁擠壓型材、鋁鑄造型材、鎂合金、輕質合金；③高強度材料，如高強度鋼、超高強度鋼、三代鋼。

不同的輕量化材料可以根據其特性應用到車身不同部位，例如塑料設計性好、加工性強，可以應用在背門；鋁板質量輕，可以應用在結構簡單的前機蓋；熱成形鋼板強度高，可以應用在與車身安全強相關的B柱位置。通過輕質材料的應用，傳統的鋼制車身已經發展為混合車身，達到車身輕量化的目的。

3.工藝

輕量化材料的應用必須與產品生產工藝相結合，只有設計與制造相匹配，才能達到有效的減重目標。產品制造工藝主要包括成型工藝與連接工藝。

車身輕量化成型工藝的發展路徑由傳統鋼成形到熱成形，然后到第三代鋼成形，再到現在的鋁制零件成型工藝廣泛應用。鋁制零件成型包括鋁板冷沖壓、鋁擠壓型材、高壓真空薄壁鑄鋁等工藝。

車身輕量化連接工藝的發展路徑由傳統鋼鋼連接到先進鋼鋼連接，然后到鋼鋁連接，再發展至其他連接方法。傳統鋼與鋼連接主要包括鋼點焊、弧焊、結構膠接；先進高強度鋼與鋼連接主要包括激光釬焊、激光焊；鋼與鋁連接主要包括SPR、FDS、鋁點焊；其他連接主要包括異種材料結構膠連接、超薄鋼板點焊連接、遠程激光焊連接。