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鋼、鋁、銅、鈦、硬塑膠、軟塑膠、碳纖維…何者最適合造車?(三)鋁合金=輕量化?  

▲因高剛性鋼材與熱成形製程的應用,全鋁合金車體的「剛性、安全性、輕量化」等綜合表現並不會超越鋼製車體,唯一優勢大概就是防鏽!

▲論及輕量化效益,再考量防鏽能力,鋁合金比較適合應用在所有外觀鈑件,但仍是高價位車款專屬。因為鋁合金鈑件一但撞擊變形不容易修復,而且修復成本高,更換整塊鈑件的費用也不便宜,一般車主還是消費不起!

如題,目前許多車款都導入鋁合金車體,不過探究這些車型,幾乎都是高價豪華車款,一般國民車為了輕量化,最多在引擎蓋、車頂、前葉子板導入鋁合金鈑件,結構部分很少使用鋁合金材質,一來鋁合金車體的製造成本偏高、二來最大支撐壓力並沒有比高剛性鋼材優異,對於結構安全並沒有很大的幫助。

鋁合金車體成本偏高,主因在於原物料成本高、供應鍊不如鋼材穩定、製程需要耗費大量電能、鋁合金加工設備昂貴,因此一般國民車廠還真的用不起鋁合金車體,連鋁合金鈑件都要「省著用」而非大量使用,以免大幅增加成本。

再者,鋁合金的重量雖然輕,大約只有鋼材的1/3,但是論及重量與最大支撐壓力比,鋁合金的表現並沒有高剛性鋼材來得優異,而且差距還蠻大的!

▲鋁合金一旦變形之後,並沒有太大的支撐性,並不利於撞擊安全表現

換句話說「全鋁合金車體」於車體剛性與撞擊安全表現,其實不會優於鋼製車體,事實就是如此!所以目前已經沒有車廠在使用全鋁合金車體,論及輕量化效益,並兼顧成本考量,鋼製車體搭配局部鋁合金結構,乃是目前的「顯學」,等到量產碳纖維鈑件技術純熟、成本下降之後,「鋼+鋁+碳纖維」三合一車體結構乃是最佳組合,碳纖維車體輕量化效益雖然高,但是目前成本還是偏高,而且是非常高。

此外,鋁合金一旦承受過大壓力開始變形,其支撐性會迅速下滑,換句話說鋁合金車體缺乏韌性,結構一旦潰縮之後就是「兵敗如山倒」毫無招架之力,比較不利於撞擊安全表現,這也是鋁合金應用在車體結構的一大障礙。其它不利條件還有遭到撞擊之後比較難修復,修復後的平整度也不會太好,比較不美觀。

因此鋁合金用於打造車體結構,最大優勢應該是不容易腐蝕生鏽吧!

材質、重量、最大支撐壓力、重量與最大支撐壓力比

壓克力管 、 09g 、 1538kg 、 170倍

PVC管 ﹑11g 、 1004kg 、 91倍

碳纖維管 、 11g 、 2998kg 、 272倍

鋁管 、 20g 、 3840kg 、 192倍

鈦管、 33g 、 9190kg 、 278倍

黃銅管、 45g 、2568kg 、 57倍

普通焊接鋼管、 58g 、4750kg 、 81倍

高硬度無縫不鏽鋼管、 59g 、 15800kg 、 267倍

▲Volvo關於鋁合金的應用主要是使用在車頭部分,利於車身前後配重,而且應用方式不是單純的鋁合金柱狀結構,而是以「鋼包鋁」的複合結構達到最佳剛性與撞擊安全表現,此乃鋁合金應用之顯學,事實上Audi等多數車廠也都採用類似結構,兼顧輕量化表現,但是成本不便宜。