本文介绍了铸造铝合金零件的基本性能，对阻碍其在重型货车领域大规模应用的原因进行了分析，重点介绍了铸造铝合金在重型货车底盘上的连接及承载的零部件上的应用，介绍了铸造铝合金零部件的基本设计思路，对铸造铝合金在重型货车底盘上的应用进行了预测。

节能、环保早已成为当今汽车技术的发展方向，车辆重量指标对节能、环保有着重要的影响，降低车辆重量可以有效地提升车辆的节能、环保性能。铝合金是应用较早且技术成熟的轻量化材料，在汽车上的用量呈持续增长的趋势。但由于成本和超载的因素，国内重型货车铝合金的用量比较少。随着我国治理超载力度的加大，客户对重型货车轻量化的需求会越来越强烈，铝合金在重型货车上的应用会越来越多。

铸造铝合金的特点

铸造铝合金继承了铝元素密度小、导电、导热性好、耐腐蚀性好以及易铸造成型的特点外，加入合金后提高了材料的强度、硬度，因而在很多方面逐步得到了广泛应用。

但铸造铝合金也存在许多缺点，阻碍了其在汽车中的大规模应用，尤其是在重型货车上的应用，目前原因主要有以下几方面：

1.抗承载能力较弱

由于铝的抗承载力与钢相比还是有很大差距，即使加入合金元素提高了材料的强度与硬度，但是在汽车的一些关键受力部件上，铝合金还是代替不了钢材。2005年奥迪公司面市的所谓“全铝合金轿车”，其实仍然装备了钢材底盘。

2.加工难度大

由于铝是热的良导体，铝板在焊接时需要用相当于钢板焊接时5倍的电流消耗量来熔化它，铸造出的铝合金零件不能够焊接。另外，在防腐处理和喷漆工艺上，铝材还有特殊要求。

图1  美国康迈公司的铸造铝合金产品

3.最关键的问题在于成本

由于生产技术的局限及加工流程的特殊性，每个加工流程都必须严格管控，造成铸造铝合金的零件成本大约是普通铸铁件的5倍以上，这会给以低成本抢占市场的国内重型货车企业带来不小压力，因而大大限制了其应用。

铸造铝合金在重型货车上的应用

采用铸造铝合金零件对于提升整车综合性能是非常有益的，采用现代虚拟验证、模拟铸造及拓扑优化等先进设计手段，能够很好地解决阻碍铸造铝合金大规模应用的问题，从而使铸造铝合金零件在重型货车上得到应用。

目前，铸造铝合金零件在重型货车上的应用领域主要在发动机、轮毂和底盘的连接及承载件。

1.发动机

发动机的缸体和缸盖均要求材料的导热性能好，抗腐蚀能力强，而铝合金在这些方面恰恰具有非常突出的优势，所以铸造铝合金零件率先在重型货车发动机上得以应用。目前大部分国外先进重型货车的发动机已经铝合金化了，采用铝合金的部件有缸体、缸盖、活塞、进气歧管、散热器及一些附件的壳体和支架等，轻量化效果可达30％～40％。另外，全铝发动机技术已基本成熟，在许多乘用车中已有使用。

2.轮毂

由于铸造铝合金质量轻、强度高、散热性好且外表美观，重型货车轮毂也开始使用铸造铝合金材料。铸造铝合金轮毂与普通轮毂相比，具有散热性好、防止轮胎过热、尺寸精度高且可减少横向和纵向振动等一系列优点。

3.底盘的连接及承载件

目前铸造铝合金的应用正在向更广泛的领域发展，比如重型货车底盘的连接及承载零部件。

北美地区汽车轻量化设计进行得较早，对铸造铝合金的研究处于领先水平，铸造工艺先进，也是最早将铸造铝合金应用在重型货车底盘的连接及承载件上的地区，目前使用铸造铝合金的零件已包括车架横梁及大部分底盘支架，主要采用的是普通铸造及加压铸造工艺。图1所示为美国康迈公司的铸造铝合金产品。

欧洲重型货车厂家近年新推出的车型中，底盘的连接及承载件也开始有铸造铝合金零件的使用，说明欧洲重型货车正在对铸造铝合金零件的应用领域进行拓宽。图2为沃尔沃公司最新车型的尿素箱支架，该支架使用了铸造铝合金，结构简单、易于成形且通用性强，用于支撑塑料材质尿素箱，完全能够满足承载要求。

铸造铝合金零件的设计思路

分析表明，影响铝合金零件成本的因素及所占比例主要有：材料40%～50%，铸造成本20%～40%，热处理5%～10%，机加工20%～50%。因此，降低零件成本主要从节省材料、优化铸造工艺以及降低机加工量入手。下面主要以底盘的连接及承载件为例，探讨铸造铝合金零件的设计思路。

1.铝制铸件的壁厚选择

经过反复试验与对比，现能掌握的铸造铝合金的性能特性为一般比钢材铸件重量要轻40%，铝制铸件的壁厚一般不小于9mm时铸件性能稳定，成品率高。

2.集成设计

为了应对铸造铝合金零件成本高的缺点，同时很好地发挥铝合金零件质量轻的优点，在设计零件时应尽可能将周围零件进行集成，这样既可以减轻整车重量，又可以降低零件成本。图3为美国康迈公司开发制造的铸造铝合金连接件，其质量由原来的4.1kg降为1.8kg，并将两个形状复杂的冲压件合并为一个铸件，节省了物流、管理及安装时间，极大地提高了生产效率和零件成本，这样可以冲抵铝合金铸件成本增长带来的不利影响，这也是铸造铝合金零件设计的发展方向。

3.合理使用加强筋

在需要的地方进行加强，对铸件强度影响较大的并非铸件的壁厚，而是铸件的加强筋，但是对于铸件模具来说，零件上一个细小的筋就等于模具里的一条深沟，这样容易导致模具上出现小裂纹、不容易对模具进行保养、模具开裂甚至报废等，对零件的质量造成影响，推荐使用U形或者是波峰结构进行替代，在确实需要加强的地方再使用加强筋的结构。

4.其他

为了更接近最终的产品状态，减少机加工，在铸造时可以通过型块填充模具的方法得到一定的特殊形状，从而减少后续机加工的工作量。

避免设计减重孔，因为减重孔会导致应力集中，从壁厚处减轻重量，尽量避免“工”字形出现，将筋条结构向零件外部转移。

总结

近20年来，世界汽车工业铝铸件的应用在不断增加。据统计，全世界铝铸件的总产量每年大约按3％以上的速度增长，而在铝铸件的总产量中，有60％～70％的铝铸件应用于汽车制造。铝铸件在重型货车上的应用目前在国内正处于起步阶段，发展前景非常乐观，相信铸造铝合金零件的应用将会成为未来各重型货车厂家产品发展的方向。