汽车工业发展百年以来，着眼于可持续发展，节能、环保已成为世界汽车工业界亟待解决的两大问题。汽车每减重10%，油耗可降低6%～8%，排放降低4%左右，因此减小汽车质量是节能和环保的最基本途径之一。特别是最近国家政策对单车油耗的严格控制，及新能源车电池的巨大重量，迫使各个汽车厂采用现代化设计手段对汽车进行轻量化优化设计，确保在汽车各项综合性能指标的基础上，达到减重、降耗、环保及安全的综合指标。车身质量占汽车总质量的40%左右，车身的轻量化对于整车的轻量化起着举足轻重的作用。实现汽车车身轻量化主要采取两种途径：一是通过结构优化设计；二是使用轻质材料替代传统材料。而铝合金是一种具备多种优良性能的轻质材料，因而其成为汽车轻量化的首选材料。铝及其合金作为汽车轻量化的首选材料，具有其他材料无法比拟的优良性能；与普通钢板的等重量价格比为3：1，而单位体积的重量比为1：3，排除其他因素，在不大量增加采购价格的情况下，使用铝合金能够最直观地降低整个白车身的重量。

汽车车身用铝合金零件主要有铸铝连接件（前、后减振器塔，顶盖横梁与CD柱连接件）、覆盖件(板材冲压的顶盖、侧围及门盖内外板等)、挤压型材骨架结构件（纵梁、门槛及顶盖横梁等）、液压成型板材覆盖件和管材结构件等。其中，车身框架的连接件多为铝合金铸件，该类铸件起到连接车身各铝材的作用，是主要的承力部件，要求具有较高的强度。由于此类铸件的结构特点，以及汽车产业大批量生产的需要，采用传统的铸造工艺已无法满足要求。为解决传统铸造工艺的缺陷，国外目前制造铝合金车身铸件大多采用真空压力铸造和特种挤压铸造等新的挤压铸造工艺技术。真空压力铸造与普通压铸相比，增加了抽真空操作，可将型腔中的气体抽出，金属液在真空状态下充填型腔，减少了卷入的气体，铸件可进行热处理，力学性能高于普通压铸件。特种挤压铸造不仅可实现液态金属挤压成型，而且还可实现处于半固态的金属浆料挤压成型，此浆料具有较好的流动性以及球状显微组织，可成型较为复杂的铸件，并且铸件具有优良的力学性能以及较高的近终成型程度。上述两种特种铸造工艺技术都具有很高的生产效率，非常适合汽车领域大规模生产的需要。

高真空高压压铸在汽车上的应用

高压压铸区别于低压压铸，存在压铸模导热快，冷却速度快，压力下结晶好，加工余量小的优点。缺点是模具复杂，型腔内气体难以排出压铸件，零件塑性低等。高压压铸主要分为高真空高压压铸、挤压压铸、半固态压铸。高真空高压压铸具有以下三个优点：①能够制造壁厚较薄的零件；②零件不易出现气泡，可以进行热处理；③较好的延展性和耐撞性。故车身结构件应用压铸件，一般采用高真空高压压铸（超高真空高压压铸）。目前其主要应用在前/后防撞梁吸能盒安装板、前减振器塔、A柱内板、前纵梁后段以及中通道前段、A/C/D柱等接头、后减振器塔、B柱加强板、侧门内板和背门内板等部位，一般不超过车身重量的30%，具体部位如图1所示。

目前国际上大多数豪车对该技术均有不同程度的应用，如：奥迪 Q7、 奥迪 A8、 讴歌 NSX、 阿斯顿·马丁 DB11、 本特利 Bentayga、 凯迪拉克CT6、 奔驰AMG GT、路虎揽胜VELAR、宝马 6系 GT、路虎发现、沃尔沃SPA、奥迪 A5 Coupe、宝马7系及捷豹 XF。且该技术供应商大多为国外供应商，如GF乔治·费歇尔、皮尔博格、麦格纳国际卡斯马、雄邦及SHILOH等，其均有自主研发能力及完善的生产体系，国内供应商广州鸿图也具有自主研发能力，但其起步晚，未有量产的车身高真空压铸铝零部件。

高真空高压压铸的生产工艺

车身零部件高真空高压压铸技术工艺流程与低压压铸技术相比没有较大区别，如图2所示：

但其关键难点在工艺过程的管控上，如来料清洁度及化学成分检测，熔炼过程中铝液除气除渣、材料密度指数及含氢量检测、压铸过程中的零件模流分析、模具浇道设计、真空度、模温控制、冷却速度和锁模力等，热处理过程中的温度控制策略、机加工过程中的装夹方案设计、表面处理工艺中的清洗工序设计及钝化膜重设计、零件取样及拉力、折弯角试验管控等也是工艺过程的关键难点。纵观汽车车身结构新材料应用发展进程，车身结构应用压铸铝一般皆是先从减振器塔开始，逐步扩展到其余集成式结构，故本文将通过减振器塔的关键工艺流程控制来逐步介绍高真空高压压铸工艺。

1）前减振器塔的模流分析的准确性是高真空高压压铸技术工艺的关键，图3为一模两件的减振器塔的模具结构。

2）模流分析中关于不同填充状态下的温度控制策略是其关键，且填充时的实际压力变化及最后凝固区域是该工艺的技术核心及难点，如图4、图5及图6所示。

3）压铸过程中的温度实时监测控制也是高真空高压压铸技术工艺核心关键，如对模具温度趋势的监控，超出容差后的报警及处理方案，都是该工艺的关键，图7为某企业该产品的温度实时监测控制示意图。

4）真空高压压铸技术工艺的热处理工艺温度控制策略是车身铸铝结构件的质量及性能稳定的关键，故对固溶热处理温度的实时监控、热处理过程中零部件过程的管控（如区分哪些零件是否经过热处理）及热处理后零部件是否达标的检测是该步工艺的难点及重点。图8为热处理工艺中零部件截面温度实时检测曲线。

铝合金连接工艺

铝合金材料的特殊性能，导致其连接技术区别于钢板的电阻点焊、弧焊等传统连接技术，完全颠覆现有车身生产工艺。目前铝合金连接工艺有以下难点：①铝合金极易与氧气形成致密的氧化膜，其熔点极高（2 050 ℃）,远远高于铝合金熔点（最高650 ℃） ，导致焊接困难，故焊接时需要去除表面氧化膜；②铝合金热凝固时体积收缩率达到6.5%～6.6%，在零件被限制条件下，容易出现焊接应力无法释放而产生变形和裂纹；③铝合金比热容为钢的2倍，导热性能为钢的3倍，焊接时需使用功率比钢材大2～4倍的焊接设备，导致设备巨大；④铝合金焊接后接头抗拉强度和塑性降低，即焊接接头强度低于母材；⑤铝合金焊接时溶池易吸收大量氢气，由于其散热能力强，温度急剧下降，氢还没来得及析出，聚集在焊缝区域形成气孔。故常规铝合金车身连接技术应用有两种思路：①铝的连接技术以冷连接（SPR，自穿铆接）为主，辅以其他连接技术，该种策略主要以欧洲车企为主，代表车型为奥迪Q7、奥迪A8、奔驰GLC、宝马5系及宝马X3等；②铝铝连接以热连接点焊为主，钢铝连接使用SPR 自穿铆接，辅以其他连接技术，该种策略主要以美国车企为主，代表车型为凯迪拉克CT6、XTS、福特F150及特斯拉model S等。图9为常见的几种铝合金连接工艺方式的对比。

总结

高真空高压压铸铝技术目前已成为汽车未来的发展方向，虽然奥迪等各大车企在研究性车辆上已经较多应用了铸铝件，但仍未进行规模化、产业化生产。纵观欧洲车身年会上新技术的发展历程，后期钢铝混合将会成为发展趋势，而车身结构关键零部件也将大规模采用高真空高压压铸铝技术，且逐渐向中低端车型上批量应用。随之而来的钢铝混合连接技术及铝铝连接技术产业化也将是未来几年的发展重点。