2021年10月27日 星期三
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汽車字典ABC:Aluminium Structure
AUTONET記者:洪士耕(02/07/2013)
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目前單價較高的車款,部分鈑件都會採用鋁合金材質打造,目的就在於輕量化,尤其是應用在車頂、引擎蓋、行李廂蓋等〝較高〞的鈑件,有助於降低車身重心。至於追求極致性能表現的超級跑車,如FERRARI 458 Italia,除了全車外觀鈑件之外,連車體結構也都採用鋁合金材質打造,鋁合金除了「輕」之外,還有哪些優缺點?首先價格就是一項障礙。

鋁礦的含量與產量與鐵相當,理論上鋁不會比鐵貴,但是在製程方面,因鋁的活性比較高,因此在自然界常以三氧化二鋁的型態存在,必須用電解方式提煉,將耗費大量電能,生產設備與技術門檻皆高;相較下鐵礦只要以加熱還原方式即可取得生鐵,因此鋁的成本比鐵貴2-3倍是很正常的。

論及加工方面,鋁的延展性比鋼優異,易於製造各種弧度的鈑件,但是鋁合金焊接困難度較高,甚至要採用連續焊接技術,才能達到應有的剛性表現,因此許多鋁合金車身都採用航太卯釘做為鈑件接合的固定方式,因此論及加工過程,鋁合金車體依然高於鋼製車體。

鋁合金的密度大約只有鋼材的1/3,但是鋁合金的強度也僅有鐵的1/3。理論上,在相同的抗翹標準下,鋁製車身不會比鋼製車身輕,但是在剪力學的設計下,利用結構設計強化車體各部位的支撐性,因此鋁車身通常可以比鋼製車身輕20%以上的重量,然而在設計上,必須大量使用鍛造鋁件,設計與製造成本相對提昇,因此僅適合用於高單價車款,一般車輛用不起鋁合金車體。

以使用全鋁合金車體的AUDI A8為例,車身重量較同級競爭對手輕200kg以上,輕量化程度相當明顯,目前使用全鋁合金車體的新車,包括JAGUAR XJ車系、ASTON MARTIN與FERRARI非限量版跑車、AUDI R8等,輕量化幅度都相當優異。

至於許多高級車款,如LAND ROVER Range Rover,車身鈑件全部為鋁合金打造,亦能降低近百公斤的重量。至於BMW 5系列於車頭的剛性結構,全部採用鋁合金打造,座艙部分則是以鋼材搭配局部鋁合金材質,以「混搭」方式構成,除了減輕重量之外,亦利於車身前後重量平衡,事實上許多車款都有使用鋁合金材質,包含相當重要的懸吊系統,差別只在於比例。

對高級車而言,鋁製車體「不生鏽」就是一大利多。鋁合金具備抗腐蝕特性,且氧化鋁硬度高,能保護鋁鈑外觀,不會讓內部的鋁材繼續氧化或腐蝕,因此不會像鋼車體一樣會有鏽斑與穿孔等問題,因此耐久度良好,目前拍賣價格極為昂貴的FERRARI古董車,許多都是採用鋁合金車體或鈑件,歷經四十年以上的歲月,外觀與車身結構依然良好,並沒有遭遇到鏽蝕的洗禮。

然而鋁合金仍有若干缺點,如鋁的彈性不佳,不能用於製作彈簧,只能以「硬派」的方式表現,所以鋁合金車體缺乏鋼製車體的韌性,於減震設計上有賴懸吊系統來化解各種大小震動。除此之外,鋁合金的強度,會隨著時間慢慢衰退,如剛出廠的跑車開起來都相當紮實,並帶有「硬梆梆」的感覺,但是幾年過後,慢慢覺得車身結構有變軟的感覺!

於安全方面,鋁合金的安全潰縮設計同樣困擾著工程人員,因為鋁合金承受過大應力時,一旦超過臨界點就會瞬間折斷,完全失去支撐性,因此從撞擊安全的角度來看,全鋁合金車體並不會比較優異。

於維修方面,因鋁合金彈性不佳,當車輛遭遇撞擊,鋁合金鈑件一旦變形後,要用敲、拉等板金方式復原相當困難,非常考驗技術,變形程度過大的鈑件通常只有更換一途,此外以板金方式復原後,弧度也不會很漂亮,波浪通常都偏明顯,因此在維修成本上明顯高於鋼製車體,輕量化的背後,代價總是高昂的!

   新聞列表(02/07/2013)

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