鋁合金材料在新能源汽車底盤零件的應用
一、鋁合金在汽車上的應用
目前，汽車的車身、底盤、動力及傳動等系統(tǒng)中，已有超過600個零部件采用鋁材質。從全球范圍來看，各國及地區(qū)的汽車用鋁量均呈快速增長態(tài)勢，其中北美與中國的增長表現(xiàn)尤為突出。
具體到應用場景，鋁在汽車上的使用主要集中于車身結構件、輪轂、車身覆蓋件、傳動系統(tǒng)及缸體缸蓋等部件；從車型級別來看，C級及以上車型的用鋁量明顯高于A、B級車型。
國內外汽車用鋁種類對比顯示：鑄件用鋁占比最大，超過60%；鋁板材用量占比則呈逐年上升趨勢，這一現(xiàn)象在C級及以上車型中尤為明顯。
國內汽車用鋁結構中，鋁鑄件占比顯著高于歐美地區(qū)。數(shù)據(jù)顯示，2018年國內汽車用鋁總量為380萬噸，其中鋁鑄件達290萬噸，占比突出。展望未來，國內汽車用鋁量將持續(xù)攀升，預計到2030年將達到910萬噸。值得注意的是，新能源汽車的快速發(fā)展不僅推動用鋁總量增長，還深刻改變用鋁結構——鋁板材、擠壓材的應用比例正明顯上升。
底盤結構、作用和用鋁現(xiàn)狀
底盤部件采用鋁材實現(xiàn)輕量化的效果顯著，對車輛性能提升作用突出。但國內外發(fā)展存在差距：國外底盤部件鋁化率較高，國內則遠低于國外水平，目前主要應用于高檔自主品牌汽車及純電動轎車，滲透率僅約10%。
具體來看，轉向節(jié)是底盤部件中鋁化滲透率最高的產(chǎn)品；而副車架技術難度最高，存在成品率較低、尺寸精度有待提升、焊接接頭性能及焊接變形控制水平不足等問題。
未來，底盤鋁制結構件的發(fā)展將聚焦于輕量化效率，更輕量的零件結構設計、更高性能材料的開發(fā)，以及更高的生產(chǎn)效率和成品率，將是主要趨勢。
二、高強韌鑄造鋁合金材料開發(fā)
傳統(tǒng)熔鑄工藝存在以下問題：
1. 屈服強度無法滿足設計要求，延伸率難以穩(wěn)定達到9%及以上；
2. 共晶硅變質程度低，易形成粗大針片狀組織，嚴重影響力學性能，尤其對延伸率影響顯著；
3. α-Al未得到有效細化，呈現(xiàn)明顯的樹枝晶形態(tài)，導致強度和延伸率下降；
4. 熱處理后的組織中，共晶硅呈蠕蟲狀，球化效果欠佳，對合金的強度和延伸率均有不利影響。
三、高強韌鑄造鋁合金在轉向節(jié)上的應用
轉向節(jié)的作用及性能要求
汽車轉向系統(tǒng)的主要結構及受力部件形狀極為復雜，其功能包括支撐車體重量、承受轉向力矩與剎車時的制動力矩。由于工作環(huán)境惡劣且作為關鍵安全部件，該系統(tǒng)對組織性能、機械性能及外形尺寸的要求極為嚴格。
材料及成形工藝現(xiàn)狀
鋁合金轉向節(jié)主要采用鑄造工藝成形，占比約90%。
設計要求及結構特點
零件結構特點
- 功能區(qū)設計：需滿足與各連接件的安裝需求，如通過標準螺栓、球頭等實現(xiàn)連接；
- 干涉性控制：零件與周邊部件需滿足最小間隙要求，避免相互干涉；
- 強度適配：通過受力分析明確關鍵受力部位，確保強度達標，同時為后續(xù)質量檢查提供依據(jù)；
- 工藝適配性：零件結構需符合低壓鑄造工藝的技術要求。
零件性能要求
需滿足靜強度、耐久性及安全性指標。
四、高強韌鑄造鋁合金在副車架上的應用
副車架的作用及性能要求
在汽車底盤中，副車架作為關鍵結構件，承擔著連接懸架裝置與車身的功能，同時作為支撐車橋和懸掛的總成支架，肩負著承載發(fā)動機及車軸的使命。部分副車架在車輛碰撞時還能起到潰縮變形、吸收能量的作用。
對副車架進行輕量化開發(fā)，可有效降低“簧下質量”，進而提升能源效率、增加續(xù)航里程、改善乘車舒適性。以常見的副車架為例，單件鋼制副車架重量通常為10~25kg，采用鋁制副車架后，可實現(xiàn)30%~50%的減重，輕量化效果顯著。
材料及成形工藝現(xiàn)狀
高壓真空一體式鑄造工藝——可減重約40%
其它一體式鑄造工藝
鑄件+型材+焊接工藝
副車架的設計要求及結構特點
結構要求
1.?副車架與車體采用四點剛性連接方式安裝；
2.?需預留轉向器、穩(wěn)定桿、控制臂及懸置的安裝位置；
3.?與周邊部件的間隙需符合總布置設計要求；
4.?依據(jù)碰撞安全及空間布置需求，設置潰縮吸能結構。
零件性能要求
需滿足板塊靜強度、耐久性、安全性及NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）性能要求。
目前公開渠道暫未查詢到鋁合金副車架的三維模型，相關資料可參考行業(yè)技術文檔或聯(lián)系車企技術部門獲取。
以下是長安副車架的設計要求及結構特點：
結構特點
1. 與車體采用剛性連接方式；
2. 主體為“口”型結構，其中左前縱梁、右前縱梁及后梁采用低壓鑄造工藝制成，前橫梁為擠壓鋁材；
3. 配備前、后兩個懸置安裝支座；
4. 根據(jù)碰撞及空間布置需求，設有潰縮結構。
鑄造后梁件的結構特點如下：
該后梁為低壓鑄造件，整體呈現(xiàn)大尺寸、薄壁且結構復雜的特點，鑄件厚度約5mm。其中，主體加強筋及腹板的厚度在4.5~6mm之間，用于安裝的凸臺位置則采用較厚的尺寸設計。
結語
隨著汽車產(chǎn)業(yè)向輕量化、節(jié)能化、高性能化轉型，高強韌鑄造鋁合金在汽車底盤關鍵部件（如轉向節(jié)、副車架等）中的應用成為重要趨勢。盡管目前國內在底盤件鋁化率、工藝技術成熟度等方面與國外存在差距，但通過材料開發(fā)的突破、結構設計的優(yōu)化及生產(chǎn)工藝的升級，鋁合金在汽車領域的應用潛力將持續(xù)釋放，為汽車性能提升與可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。
