汽車鋁軋延材之發展

 

刊登日期:2019/11/5
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庾忠義、邱黃正凱/中鋼公司
 
隨著汽車輕量化需求的急速攀升,逐漸擴大了鋁軋延材在汽車上之應用。本文將介紹汽車用鋁軋延材之洲際發展趨勢,除了扼要說明目前主力產品車身外觀件之外,還會介紹正在萌芽的鋁合金內構件以及更為前瞻之保安件;同時,針對其所採用之溫/熱衝壓成形技術、用料趨勢及產品特性亦進行重點式的分析與比較。
 
本文將從以下大綱,介紹汽車用鋁軋延材之洲際發展趨勢。
‧前言
‧汽車鋁化的趨勢
‧鋁合金溫、熱衝壓成形技術簡介
‧國際間溫/熱成形發展與大型研究計畫
 1. 溫衝壓成形
 2. 熱衝壓成形
‧溫/熱衝壓成形用鋁合金之特性
‧總結
 
【內文精選】
前言
隨著節能減碳等議題逐漸受到重視,各國政府針對主要耗能排污來源之一的汽車產業,除逐步調高碳排放標準外,亦制定嚴格的燃油效率相關法令,以達環境永續發展之目的。這也驅使各大車廠戮力發展各式技術方案,以符合上述法規日趨嚴格的要求;其中,車體輕量化(Lightweighting)可同時提升燃油使用效率和降低排碳量,是目前最具立竿見影的方法之一。
 
另一方面,由於多國法規(英、德、法等)已明訂禁止傳統汽、柴油車銷售的時間表,進而帶動電動車市場需求的崛起。然因電動車需搭載大量電池以提供馬達驅動所需之電力,造成整車重量不減反增(以相同級距之燃油車與電動車相比,後者的重量約增加200 kg以上(圖一)),而嚴重減少電耗量、動力性能、剎車性能、被動安全性及充電續航里程等,甚至造車成本因此增加。故在電池技術尚未有突破性發展之前,車體輕量化對於電動車之發展顯得更為重要。
 
圖一、電動車/混合動力與傳統燃油車之車重比較,前者增加218~231 kg
圖一、電動車/混合動力與傳統燃油車之車重比較,前者增加218~231 kg
 
原則上,輕量化主要是藉由優化結構的設計、輕金屬的應用和先進製造技術來實現。其中在材料應用方面,根據美國汽車研究院指出,未來車體結構為同時滿足輕量化及特定強度需求,將朝向多種材料整合設計發展,大致上可歸納為鋼(含先進高強度鋼等)、鋁合金、鎂合金及CFRP碳纖強化塑膠等四大類。其中,又以鋁合金(Aluminium Alloys)在生產技術成熟度、價格、減重能力和汽車製造商採用的便利性等方面之綜合指標較高,並且具有95%的回收再利用率,成為當前首選的輕量化材料。鋁合金一直是高級房車(Mercedes、BMW、Audi)、跑車(Aston Martin、Lotus),及奢華房車(Rolls Royce、Bentley)等的最愛;近年來,鋁製鈑件亦已逐漸滲透到一般平價車款,如RAV4、Prius、Accord、Forester等部分外觀件可見其身影。值得注意的是,Ford以大眾市場為目標,推出全鋁製Pick-up車F-150(使用95%鋁合金),其售價僅增加不到400美元,破除售價不夠親民的迷思,甫上市後旋即一掃前幾年低迷的車市,2018年北美市場全年銷售更超過90萬台(平均每29.3秒就售出1台)。此舉加速車商轉用鋁合金之意願與信心,也帶動鋁廠(如Alcoa)於車用鋁材銷售額方面大幅成長,顯示未來汽車鋁片之需求量將更加可觀。
 
綜合上述,本文將介紹汽車用鋁軋延材之發展,除扼要說明目前主流產品外觀用鈑件鋁合金,主軸將放在正在萌芽之析出強化鋁合金內構件以及更為前瞻之保安件,針對成形技術、用料趨勢及特性需求進行分析,另對國際間發展趨勢,亦作重點式說明。
 
鋁合金溫、熱衝壓成形技術簡介
鋁合金溫、熱衝壓成形的差異除了工作溫度不同之外,在製程上也有所差異,大致上可就地域分為兩大派系,美國係以發展溫成形技術為主,歐洲則以發展熱成形技術為主。兩種製程之比較如圖五所示。一般溫成形製程來料之調質度(Temper)為T6頂時效處理,由鋁廠負責完成熱處理,接著,再到成形廠進料後,旋即將已裁切之片材送至加熱爐進行加熱,直至特定溫度(200~300˚C)後即可傳送至模具上,進行衝壓成形及模內冷卻(不一定要淬火),成形後之部件不需再進行時效處理,因此,對成形廠而言,由於溫成形僅需要進行片材加熱及成形加工…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖五、鋁合金溫、熱衝壓成形之製程比較
圖五、鋁合金溫、熱衝壓成形之製程比較
 
★本文節錄自「工業材料雜誌」395期,更多資料請見下方附檔。

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