1.3 主机厂铝合金应用案例

1.3.1 蔚来汽车全铝车身及铝合金电驱动

蔚来汽车的ES8车身采用全铝结构，铝合金材料占比达到91%。如图1-2所示，蔚来ES8铝车身骨架结构几乎全部使用铝合金材料，其中包含铝板冲压件79个（71个6XXX系铝板和8个5XXX系铝板），铝压铸件14个，以及铝挤压件18个（6个7XXX系铝合金，12个6XXX系铝合金）。蔚来ES8铝车身骨架采用的连接工艺主要有热熔自攻螺接（FDS）、SPR、铝点焊、激光焊接、弧焊、胶粘和抽芯拉铆。

图1-3所示为蔚来ES8三合一电驱动，其中电机控制单元（MCU）壳体、减速器壳体、电机壳体和端盖等零件都采用了铝合金铸造。

1.3.2 爱驰汽车钢铝混合车身及铝合金电驱动

爱驰U5的MAS平台是上钢下铝车身结构的模块化电动汽车平台，具有高强度、轻量化、集成化、模块化特征。如图1-4所示，白车身铝合金材料占比为52%，架构安全件基本全部采用铝挤压型材和高真空压铸铝合金结构件，而车身地板面板采用铝板冲压件，与传统车相比，白车身减重50kg。

图1-5所示为爱驰汽车开发的三合一电驱动。其中MCU壳体、减速器壳体、后端盖、接线盒盖板零件用到了铝合金铸件，而电机壳体则采用了铝合金挤压型材。

不论是铝合金车身，或者铝合金电池包外壳，还是电驱动的铝合金壳体零件，都离不开铝合金材料的研究与选型，以及采用的工艺方案这些共性问题。本书第2～4章将分别从铝合金挤压、铝合金铸造及铝合金冲压三种工艺及常用材料进行展开；第5章介绍铝合金连接工艺；第6章融合上述三种成型工艺和铝连接工艺在铝车身开发中的应用；第7章从整车刚度模态耐久和安全性能方面进行仿真和验证；第8章对未来的技术进行了展望。

1.3.3 奥迪钢铝混合车身及铝合金电池壳体

奥迪在铝制车身设计和制造方面一直处于比较领先的位置。早在1982年，奥迪就与美国的铝合金厂合作研发铝合金车身来降低车身重量，并在之后奥迪A8的几代车型上都进行了应用。一方面，奥迪整体框架技术的进一步发展使得白车身零件数量不断减少，同时也减少了车身连接点的数量，D2（第二代）使用了334个零件，D3（第三代）使用了267个零件，D4（第四代）使用了243个零件。另一方面，奥迪所应用的铝合金种类数量及屈服强度不断增加，D2使用了7种合金，屈服强度为100～200MPa；D3使用了10种合金，屈服强度为120～240MPa；D4使用了13种合金，屈服强度为120～280MPa。

奥迪e-tron是奥迪首款纯电动量产车型，基于纵置模块化平台MLB Evo打造。MLB Evo平台是MLB平台的升级产品，相较于后者，它的最大变化是通过轻量化技术的运用，使整车重量约降低了50kg。平台轻量化技术的优势非常多，轻盈的车身能够提高操控稳定性，也将大大提高汽车的续驶里程。针对日益提高的安全碰撞测试要求，为了更有效地保护碰撞时乘员的安全，奥迪e-tron在A柱、B柱、雪橇板及座椅横梁等驾驶舱框架部位采用了超强热成形钢，占比为22%。覆盖件、后地板面板等非碰撞安全结构件部位采用了铝板；前、后防撞梁和吸能盒等部位采用了铝挤压件；减震塔属于结构复杂的重要承载部位，为铸造铝合金件；白车身的其余部分则采用传统钢板，保证车身的刚度、强度，降低维修成本，占比57%；车身材料占比如图1-6所示。

奥迪e-tron的高压锂电池采用了铝合金外壳，铝挤压框架的结构。该电池壳体的结构不仅能够在碰撞时有效地保护电池，而且相较于其他车型还增加了27%的扭转刚度，为车身轻量化提供了更多的优化空间。图1-7a所示为奥迪e-tron电池壳体结构，依次是内部的铝型材吸能结构、铝合金外壳的下层、电池组外的壳体架构与电池框架、置于底部的冷却系统及防碎石冲击的底部防护板。电池壳体的载荷路径如图1-7b所示。

钢板和铝合金有着不同的材料特性，因此奥迪e-tron采用了多种不同的车身连接工艺。除了较为常用的SPR、FDS、电阻点焊、激光拼焊和激光钎焊外，还采用了无铆钉连接（Clinching）、摩擦塞铆焊（Friction Element Welding，FEW）等先进的连接工艺，如图1-8所示。

其中，无铆钉连接是可塑性薄板的不可拆卸式冲压点连接技术的国际注册名称。它利用专业的冲压设备和连接模具，在外力作用下，使被连接的两个板件挤压塑性变形，在挤压处互相镶嵌，形成一个圆形的连接点，将板件点连接起来。这是一种过程简单、成本低且效率高的点连接方法，通常用于非承载部位的异种材料连接。

摩擦塞铆焊（FEW）是一种先进的连接技术，它通过“紧固件”的高速旋转及适当的压力穿透上层板料，这时“紧固件”暂停压入，保持旋转产生热量并熔化下层板料，在压力的作用下，完成“紧固件”与下层板料的焊接。摩擦塞铆焊是一种FDS与电阻点焊（Resistance Spot Welding，RSW）结合的工艺，常用于超高强度钢、热成形钢与铝合金的连接。

1.3.4 泛亚汽车车身轻量化路线

整车的轻量化体系分为三方面：整车轻量化设计体系、整车轻型材料开发体系和轻型材料的制造连接工艺体系，泛亚车身轻量化技术路线如图1-9所示。

1.设计

在车身结构设计上，泛亚具有完备的结构设计优化体系，如图1-10所示。

2.材料

车身轻量化材料发展路线如图1-11所示。现阶段可规模利用的轻型材料主要有三种：①轻型非金属材料，如片状模塑料（SMC）、玻璃纤维增强塑料（Glass Fiber Reinforced Plastic，GFRP）、碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）、车身复合材料；②轻质金属材料，如冲压铝板、铝挤压型材、铝铸造型材、镁合金、轻质合金；③高强度材料，如高强度钢、超高强度钢、三代钢。

不同的轻量化材料可以根据其特性应用到车身不同部位，例如塑料设计性好、加工性强，可以应用在背门；铝板质量轻，可以应用在结构简单的前机盖；热成形钢板强度高，可以应用在与车身安全强相关的B柱位置。通过轻质材料的应用，传统的钢制车身已经发展为混合车身，达到车身轻量化的目的。

3.工艺

轻量化材料的应用必须与产品生产工艺相结合，只有设计与制造相匹配，才能达到有效的减重目标。产品制造工艺主要包括成型工艺与连接工艺。

车身轻量化成型工艺的发展路径由传统钢成形到热成形，然后到第三代钢成形，再到现在的铝制零件成型工艺广泛应用。铝制零件成型包括铝板冷冲压、铝挤压型材、高压真空薄壁铸铝等工艺。

车身轻量化连接工艺的发展路径由传统钢钢连接到先进钢钢连接，然后到钢铝连接，再发展至其他连接方法。传统钢与钢连接主要包括钢点焊、弧焊、结构胶接；先进高强度钢与钢连接主要包括激光钎焊、激光焊；钢与铝连接主要包括SPR、FDS、铝点焊；其他连接主要包括异种材料结构胶连接、超薄钢板点焊连接、远程激光焊连接。