奧迪鋁車身框架（ASF）技術(shù)分析（上）

俊兒1966 2020-12-08

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旺材汽車輕量化

1994年，四門豪華轎車奧迪A8首次引入鋁車身結(jié)構(gòu)，這款鋁車身結(jié)構(gòu)是奧迪與美國鋁業(yè)合作開發(fā)。這是一種非常適合鋁的技術(shù)，因?yàn)樗昧瞬煌X型材所提供的所有優(yōu)勢：板材、擠壓件和鑄件，被稱為奧迪全鋁車身技術(shù)(ASF)，這種車身結(jié)構(gòu)主要適合中等產(chǎn)量。在車身結(jié)構(gòu)概念中，自撐式車身結(jié)構(gòu)的各種建筑元素的作用明確分開：承載剖面圖/加強(qiáng)板/鑄造連接元素（節(jié)點(diǎn)）。

原則上，這種車身結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了一個高強(qiáng)度，堅(jiān)硬的鋁框架，更大的薄板組件被整合到其中，并執(zhí)行承重功能。從生產(chǎn)工程的角度來看，這種車身結(jié)構(gòu)概念非常靈活。當(dāng)引入未來的車型版本時，可以輕松且低成本地進(jìn)行修改。經(jīng)濟(jì)高效的鋁合金輕質(zhì)結(jié)構(gòu)意味著用新材料和量身定制的設(shè)計(jì)幾何形狀來重新構(gòu)造自支撐車身。

上篇內(nèi)容通過介紹奧迪A8（D2）、奧迪A2、奧迪A8（D3）的車身框架結(jié)構(gòu)來了解奧迪ASF技術(shù)。

1. 奧迪A8（D2）

奧迪A8（D2）生產(chǎn)于1994年至2002年。它的鋁車身重量為249kg（白車身加上封閉件），比同類鋼制車身輕約200 kg。它包括334個零件（47個擠壓件（14%），50個鑄件（15%）和237個薄板沖壓件（71%）。與鋼結(jié)構(gòu)相比，單個車身構(gòu)件的數(shù)量大幅減少（約25%），從而節(jié)省了工具，工作空間和成本。

第一代奧迪鋁車身框架結(jié)構(gòu)包括很大一部分2D和3D彎曲型材（合金EN AW-6060）。對于車身外板，使用合金Anticorodal?-120（EN AW-6016），對于內(nèi)板使用EN AW-6009，結(jié)構(gòu)使用EN AW-5182，采用的鑄造合金是A356。

奧迪A8 (D2)—第一代ASF技術(shù)

Audi A8 (D2)的鋁車身框架

第一代A8（D2）車型的鋁車身的生產(chǎn)特點(diǎn)一個是自動化程度低，手工組裝大約占75％。通過MIG焊接實(shí)現(xiàn)與鑄造節(jié)點(diǎn)的連接用于公差補(bǔ)償。另一個特點(diǎn)是在210°C的溫度下對整個裝配車身進(jìn)行30分鐘的熱處理（即在涂漆之前）。此步驟的目的是確保必要的車身 AlMgSi合金經(jīng)過“理想”時效硬化以達(dá)到T6回火的強(qiáng)度。但是經(jīng)驗(yàn)表明，不需要對鋁制主體進(jìn)行單獨(dú)的熱處理。從而取消了下一代帶有鋁制空間框架（A2）的奧迪車型的操作。所需的強(qiáng)度水平可以通過漆面烘烤硬化步驟（在180°C下約20分鐘）來實(shí)現(xiàn)，該步驟需要始終按照涂裝車間的電泳涂層工藝。

奧迪A8（D2）車身框架和封閉件分解圖

2. 奧迪A2

奧迪A2—第二代ASF技術(shù)

奧迪A2是第一款批量生產(chǎn)的全鋁車身的微型小汽車，于1999年開始生產(chǎn)。奧迪A2車身的開發(fā)合作伙伴是Algroup Alusuisse（后來的Alcan）。A2鋁合金車身的重量僅為153公斤，比同類傳統(tǒng)鋼制車身輕43%。A2 1.2 TDI版本的總重量僅為825公斤，配備輕型鍛造鋁車輪和特殊輪胎，它是世界上第一輛五門“3L”汽車（即平均油耗為2.99升/100公里）。

奧迪A2的鋁框架

第二代奧迪ASF車型包括60%的面板，22%的鑄件和18%的擠壓型材(按重量計(jì)算)。它的設(shè)計(jì)比A8的產(chǎn)量更高，它在工具、鑄造和連接工藝方面進(jìn)行了重要的改進(jìn)和新的發(fā)展。與A8相比，單件數(shù)量明顯減少(由334件減少到225件)。

沖壓件：183個（81%）

擠壓：22個（10%）

鑄件：20個（9%）

這是通過將各種組件組合成較大的零件（在大多數(shù)情況下為型材或多功能鑄件）來實(shí)現(xiàn)的。

奧迪A2分解圖

例如，A2有一個整體式側(cè)壁框架，B柱由單個大型鑄件組成，而豪華轎車A8的B柱則由8個部件組裝而成。同時，重量可以從4.18公斤減少到2.3公斤（雖然A2的B柱稍長）。

奧迪A2整體鑄造B柱

采用嚴(yán)格控制的真空高壓鑄造工藝，確保了鑄件零件可以通過激光和MIG焊接正確地焊接到板材和擠壓件上。應(yīng)用的鑄造合金為Aural?-2（AlSi10MgMnFe），熱處理?xiàng)l件經(jīng)過優(yōu)化，以獲得高強(qiáng)度和良好的延展性，同時將淬火期間鑄件的幾何變形降至最低。

由三個薄壁鋁鑄件組裝的結(jié)構(gòu)部件

最終，使用MIG增強(qiáng)激光焊接技術(shù)將復(fù)雜形狀的防撞薄壁鑄件焊接在一起,大多數(shù)擠壓的車身部件都是液壓成形的，以確保直線和彎曲型材的精密幾何公差，但液壓成形工藝不僅為窄形位公差的控制成形提供了可能。此外，穿孔，沖壓，縱切等操作可整合到液壓成形工藝中，如下所示，用于側(cè)車頂框架，合金EN AW-6014用于所有擠壓件。

奧迪A2的液壓成型側(cè)車頂框架

外部車身面板采用EN AW-6016合金，內(nèi)部和結(jié)構(gòu)面板采用EN AW-6181A合金。三種連接工藝，包括最先進(jìn)的激光焊接，足以組裝空間框架結(jié)構(gòu)：

-自攻鉚接1800個鉚釘

-MIG焊接20m

-激光焊接30m

車身底部框架由直擠壓型材組成，這些型材通過MIG焊接直接連接在一起，從而消除了A8所需的多個不同鑄造節(jié)點(diǎn)。

A2的地板結(jié)構(gòu)

自動化程度達(dá)到約85%，與傳統(tǒng)的沖壓鋼車身結(jié)構(gòu)相當(dāng)。這些措施成功地將結(jié)構(gòu)件的尺寸公差限制在A2-a基準(zhǔn)值的±0.15 mm范圍內(nèi)（一個大眾集團(tuán)內(nèi)部基準(zhǔn)值）。A2在設(shè)計(jì)上被認(rèn)為是“時代領(lǐng)先者”，但前衛(wèi)的風(fēng)格并未贏得客戶的青睞，奧迪對銷量水平感到失望，最終產(chǎn)量估計(jì)為17.5萬輛。

3. 奧迪A8（D3）

第二代奧迪A8（D3）的生產(chǎn)始于2002年。根據(jù)A2的經(jīng)驗(yàn)，與之前的A8相比，車身零件數(shù)量減少，生產(chǎn)過程的自動化程度顯著提高。具體設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括多功能大型鑄件、長連續(xù)的剖面和高比例的直擠壓型材。只有在A8需要外部鑲板（例如車頂框的側(cè)面）時才使用彎曲型材。與之前的產(chǎn)品相比，新A8有一個包括后部結(jié)構(gòu)的連續(xù)空間框架。這導(dǎo)致在空間框架中的板材份額從55%減少到37%（按重量計(jì)），而鑄件的份額增加到34%，型材的份額增加到29%。

D3全鋁車身（白色車身加上封閉件）的重量為277公斤。板材合金取自A2用于外部車身面板的EN AW-6016合金，用于內(nèi)部和結(jié)構(gòu)面板的EN AW-6181A合金。擠壓件采用與EN AW-6060相似的AlMgSi合金。如有必要，擠壓型材可在數(shù)控拉伸滾壓機(jī)上進(jìn)行彎曲。如果要求精密公差（±0.3mm），則通過液壓成形（11個不同部件）校準(zhǔn)和成形半成品零件。此外，A8還首次采用機(jī)械校準(zhǔn)作為一種低成本技術(shù)。

奧迪A8（D3）的全鋁車身框架

而對于板材和擠壓件，采用了A2已經(jīng)證明的生產(chǎn)技術(shù)，除了熟悉的真空高壓壓鑄方法外，首次采用了濕型鑄造。鑄造用的合金為GD-AlSi10Mg、GD-AlMg3Mn，砂型鑄造用合金為AlSi7Mg。D3中使用的多功能大型鑄件是A2中所用鑄件的改進(jìn)版本，D3特別關(guān)注功能整合和減少零件數(shù)量。

零件數(shù)量比較

奧迪A8 (D3)車身結(jié)構(gòu)分解圖

在D3車型的批量生產(chǎn)中，對原A8所采用的連接工藝（MIG焊和自沖鉚接）以及A2引進(jìn)的激光焊接工藝進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。此外，首次采用激光復(fù)合焊接，利用MIG和激光焊接的優(yōu)點(diǎn)，同時實(shí)現(xiàn)了更高的加工速度。MIG焊接主要用于連接單個擠壓型材或壓鑄部件，以及將擠壓型材連接至鑄件。激光焊接主要用于大面積面板與車身結(jié)構(gòu)的連接，也可從一個側(cè)面擠壓或焊接型材。采用了功率為4kw的Nd:YAG固體激光器。由于AlMgSi合金具有特殊的熱裂傾向，D3鋁合金車身框架的所有焊縫均采用填充金屬。

奧迪A8鋁合金車身框架的連接技術(shù)

自沖鉚釘技術(shù)在車身結(jié)構(gòu)和瓶蓋的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。需要將各種合金的板材，擠壓型材和壓鑄件連接在一起，以產(chǎn)生2.0到6.0毫米的整體材料厚度。大約100種不同的材料和厚度的飾面組合僅使用三種硬度相同的不同鉚釘幾何形狀，另外還有17 m的結(jié)構(gòu)粘合劑粘接。門的內(nèi)外板通過輥式包邊和結(jié)合在機(jī)器人手持工具的幫助下連接起來。該方法的優(yōu)點(diǎn)是熟悉時間短，靈活性高以及褶皺的質(zhì)量和外觀較好，采用整體感應(yīng)加熱的方法實(shí)現(xiàn)了膠粘劑的預(yù)硬化。

奧迪A8（D3）鋁車身框架

（本文完）

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來自：俊兒1966 > 《汽車》

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