近年来，随着全球气候变暖和能源问题的日益突出，各国政府纷纷出台苛刻的法律法规要求汽车制造企业降低产品能耗、减少污染和提高燃料的经济性。要实现以上目标，关键在于减轻汽车本身的质量，汽车轻量化因此成为21世纪汽车技术的前沿和热点，其中，铝合金应用受到了人们的广泛关注。

铝合金应用的优势及局限性

1.应用优势

汽车车身采用铝合金相比于传统钢材具有很大的优势，主要体现在以下几个方面：实现汽车轻量化，节能降耗，有利环保;汽车铝合金零部件回收再利用率高，铝合金熔点低，便于重熔回收，目前回收率不低于90%;铝合金汽车可在不减小汽车容量的情况下减轻汽车自重，车身重心减低，行驶更稳定、舒适;由于铝合金汽车轻便、质量小，故碰撞时的能量相比于钢体汽车小了许多，此外，铝合金材料性能及车身构造能充分吸收撞击时的能量，故而更加安全;铝合金汽车整体构架焊点少，减少了加工工序，整体车身比钢铁焊接车身约轻35%，且无需防锈处理，只有25%～35%的部件需进行点焊，因而可大幅度提高汽车的装配效率;提高燃油效率，加大载重能力。

2.应用的局限性

铝合金在汽车车身应用的局限性主要体现在以下几个方面：

(1)加工难度比钢材大很多。轿车车身大部分的工件是靠冲压成形，典型的浅冲铝合金车身板的冲压性能与钢板基本相同。但是，由于铝合金深冲压性能较差，为防止断裂，应尽量减少集中拉伸，深拉时要进行良好的润滑并采用异形坯料，以促使金属顺利流进模具。对于某些特殊的铝合金可实施局部或分步作业，如弯曲、下翻边、折边和空翻边等。

(2)焊接比钢材难度大得多。铝合金和钢的连接特性主要有两点区别：铝合金的热导率和电导率是钢的3倍;铝点焊焊缝的焊接时间短(仅为钢的2/9)，所以总的焊接时间与钢的相当。

(3)成本比钢材高很多。铝合金的价格是钢铁的5倍，一定程度上影响到铝合金的广泛使用。

模拟分析与实际应用

以车身上的某个零件为例，其材质是铝合金材料AlSi T4-1，材料厚度是0.8 mm，如图1所示。

1.形状特点

该零件在整车中不属于承重结构件，对此零件碰撞性能要求不高。其整体形状简单，表面特征较少，冲压件成形相对容易。此零件外形尺寸为640 mm×385 mm×163 mm，厚度为0.8 mm。以往车型此零件一般选用的材料是DC03，在此车型上选用的材料是AlSi T4-1。此零件特点及要求如下：形状相对单一，立面特征较少，采用铝合金，可能会产生回弹;R角按照普通钢板的大小设计，可能会产生局部R角破裂的现象;产品凸包特征明显，可能会产生起皱现象。

2.有限元模型建立

为了能更准确地把握铝合金材质成形后的状态，降低产生各种缺陷的风险，我们先对传统材质DC03进行了分析，用Dynaform DFE功能快速建模分析，从而确定最优化的冲压方向、成形方式以及料片形状等信息。以快速建模分析结果为依据，工艺人员对产品局部进行了优化。工艺人员据此使用3D软件精确建模分析，由此设计出成形模面。CAE的分析结果如图2所示，其中坯料尺寸为640 mm×550 mm×0.8 mm，摩擦系数为0.16，模拟结果良好。

在各项参数都不变的条件下，把DC03替换为AlSi4-1，模拟结果显示冲压件上的特征和R角局部开裂，特征临近处起皱严重。在成形过程中，通过增大凹模圆角半径和增大凸模底部R角，可以改善材料流动状况。按照此思路，经过多轮调试，模具凸凹模R角适当放大，特征深度减小，坯料尺寸优化为670 mm×586 mm×0.8 mm，摩擦因数依然为0.16，CAE分析出相对比较满意的结果，如图3所示。

3.模拟结果与实物对比

用传统的板材DC03做此冲压件时，会把工艺规划为OP10落料、OP20成形和OP30冲孔。第一序落料，需要排样，按照冲压件的轮廓一次去除废料。

而替换成材质AlSi4-1后，此时成形需要压料。所以对工序进行了重新排布，调整后的工序为OP10成形、OP20修边和冲孔以及OP30修边，即两次修边分开进行，避免了一次修边造成的冲压件变形。最终工艺规划，坯料尺寸为670 mm×586 mm×0.8 mm。采用DC03材质时，冲压件质量是3.020 kg;采用AlSi4-1材质时，冲压件质量是1.039 kg。铝合金制件质量约是普通钢板的34%，减重效果可观。图4为产品实物照片，实物与CAE分析一致，满足使用要求。

结语

针对传统材料DC03和铝合金材料AlSi4-1的CAE分析结果进行对比，同时参照实物结果，我们得出如下分析结论：铝合金材料的成形性能，不及传统板材料DC03;铝合金成形需要压料，避免型面上起皱现象的产生，因此坯料尺寸相对传统材料DC03大些;AlSi4-1的板材硬度低，为了防止变形，不能单次进行大范围修边，此实例中的冲压件分为两步修边;此制件用AlSi4-1比用DC03时轻了66%，这种优势适应了今后汽车的发展趋势。