日前宝马日本技术中心经理Marc Hofmann介绍,BMW i系列车型通过采用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)和铝合金,大幅减轻了车重。一般的发动机车型的重量在1400kg左右,而i3因配备马达和电池增加了200kg。宝马通过在车厢采用CFRP,在底盘部分采用铝合金结构件,将车重减轻了340kg,降至1260kg。
在生产方面,通常的汽车组装线是利用焊接的方式接合冲压成型的钢板,而i3则是以对RTM法成型的约150个部件进行接合的方式组装骨架,RTM法成型周期约为10分钟,1分钟即可成型。因此,CFRP骨架的组装完全不借助焊接,组装线上不再有焊接工序。约150个部件听起来似乎很多,但与利用钢板制造框架相比,数量已经减少了约2/3。
一般来说,车体、底盘这两项占据了整个汽车重量的60%以上。据研究,理论上铝制汽车可以比钢制汽车减轻重量达30%-40%,其中铝质发动机可减重30%,铝散热器比铜的轻20%-40%,全铝车身比钢材减重40%以上,汽车铝轮毂可减重30%。因此,铝合金材料是汽车轻量化最理想的材料之一。此外,美国铝业协会提出,如果车重减轻25%,就可使汽车加速到100km/h的时间从原来的10秒减少到6秒钟;并且减轻车重可以有效降低刹车距离,使得转向和过弯的过程中也更加灵活。
据了解,特斯拉的代表车型Model S采用了全铝车身,其中铝合金车身占比17%;2015款的福特畅销皮卡F-150也将采用全铝车身,其铝合金使用量将占到整车质量的25%。另外铝轧制品巨头诺贝丽斯(Novelis Inc.)正在全球大幅扩张汽车用铝板的产能。预计2015年北美生产的1700万辆乘用车中,有超过50万辆的皮卡和电动汽车会使用全铝车身,到2025年,超过70%的皮卡都将会采用全铝车身。汽车车身铝板对加工工艺、精度等有各种极其严格的质量要求,当前只有全球铝加工行业排名领先的几家厂商能够生产。
在未来的十年内,汽车的各个主要部件用铝渗透率都将明显提高。预计铝制引擎盖的渗透率会从2015年的48%提升到2025年的85%,铝制车门渗透率会从2015年的6%提升到2025年的46%,这将是铝最容易渗透的两个汽车部件。另外在车顶、后备箱、保险杠等领域,铝的渗透率也将大幅度提高。
据统计,2013年中国汽车产量为2200万辆,位居世界第一,目前平均每辆车用铝量比发达国家低15%左右。在全球乘用车铝化率提高的大趋势下,这个趋势从北美扩散到中国是个必然的进程。
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(本文综合雅式《中国塑料橡胶》,日经技术在线,方正证券等多篇文章)