鋁加工冷軋技術在汽車車身結構件中的應用

中圖分類號：U465.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）10-0142-03

【Abstract】Aluminum processing cold rolling is a process of making thinner plates from aluminum strips through the rolling process atroom temperature，which iswidelyused in modern industry.Inrecentyears，inorder toreduce fuel consumptionand emisions，automakers havecontinued topromote the lightweightof thebody，andaluminum alloyhas become an important material choice toreduce the weight of the body.In the manufacture of aluminum aly bodystructures，coldrolling technologycan effctively improve thestrength，dimensional accuracy，and surface finish of aluminum sheets while controlling production costs.Therefore，this paper willexplore the specific application of aluminumprocessing coldrollng technologyinautomotivebodystructural parts，inordertobetterunderstand howthis technology serves the goal of automotive lightweight and promotes its rational application in production.

【Key words 】aluminum processing cold rolling; car body; body structure

0 引言

汽車車身輕量化是提升能源效率和滿足環保要求的關鍵策略，鋁合金材料因其良好的減重潛力和綜合性能，在汽車結構件中的應用日益增多。要充分發揮鋁合金在車身結構上的優勢，不僅需要合適的合金材料，更需要高效、可靠的生產加工工藝。鋁加工冷軋工藝，即在室溫下通過大壓力將鋁帶材反復軋薄的過程，可以提升板材的力學性能、板形平整度以及尺寸穩定性，有助于滿足汽車結構件嚴格的強度和精度要求。因此，本文將審視冷軋工藝在制造鋁合金車身結構件中的具體技術環節，探討如何優化應用以發揮其對汽車輕量化進程的推動作用。

1鋁加工冷軋技術的基本概念與發展

1.1鋁加工冷軋技術的定義與工藝流程

鋁加工冷軋技術是指在常溫環境下，對鋁及鋁合金帶材進行連續軋壓減薄的機械加工方法。該工藝不涉及高溫處理，主要依靠軋輥施加的強大垂直壓力，使鋁帶材厚度逐步減小，內部組織結構發生改變，從而改善鋁板的機械強度、表面精度和尺寸穩定性。冷軋產出的鋁板材厚度通常在 0.3～8mm 是汽車車身結構件（如車門加強梁、底盤支撐板等）的重要原材料。典型的鋁冷軋生產線包含6個關鍵步驟：原料準備、可逆粗軋、串聯精軋、在線清洗、張力矯直、卷取，具體見圖1。整個過程中，鋁卷始終成卷傳輸以保護表面不受劃傷；軋輥冷卻系統持續作業以防止金屬過熱變形。該流程的核心特點是連續性與精密性，最終生產出的板材具有厚度均勻性強、表面平整光滑、強度提升顯著的特性，充分滿足汽車精密部件對尺寸一致性和承載能力的要求1]。

1.2鋁加工冷軋技術的歷史發展與演變

鋁冷軋技術的工業化歷程起步于20世紀初。當時航空工業迫切需要輕薄、高強度的鋁材用于飛機外殼，推動了冷軋工藝的初步應用。早期采用單機架軋機，可逆式往復軋制，但速度緩慢，板材厚度精度不高，產品主要用于低載荷部件。20世紀中期迎來關鍵突破，1960年代五機架連軋機組的應用，使鋁帶可在多個機架上連續軋壓，無需反復穿帶，生產速度提升，該模式極大提高了產能，奠定了量產基礎。同時，厚度自動控制系統開始裝備，大幅優化了板材公差波動的問題，產品精度顯著提升。1990年后冷軋技術進入數字化升級階段。傳感器與在線監控系統的引入使工藝控制更加精細化。例如現代軋機采用激光測厚儀實時跟蹤厚度偏差，通過調整輥縫即時糾正。2000年左右研發的無頭軋制技術，通過焊接前后鋁帶實現全卷連續軋壓，減少了斷帶停機，使得生產效率提升[2]。

圖1鋁加工冷軋工藝流程圖

2鋁加工冷軋技術在汽車車身結構件中的應用

2.1鋁合金材料在汽車車身中的重要性

鋁合金應用于汽車車身是實現輕量化的核心路徑。相較于鋼材，其密度顯著降低，在維持同等結構強度的條件下有效減輕車重，直接減少能源消耗并延長電動汽車的續航能力。汽車車身按功能需求差異化應用鋁合金系列，例如結構骨架（A/B柱、縱梁等核心受力區），可采用2000系（銅強化）或7000系（鋅鎂強化）板材/型材，經熱成型工藝處理后具備極高強度，承擔主要碰撞載荷。外覆蓋件（車門、發動機罩、翼子板）多選用5000系（鎂鋁合金）或6000系（鎂硅合金），后者優異的成形性與抗氧化性滿足復雜曲面沖壓需求，表面處理適應性更好。輕量化構件（地板、車頂）：主要使用5000系/6000系，兼顧輕量化與局部剛度要求，如圖2所示。該體系通過材料特性與部件功能的精準匹配，高強系合金確保關鍵安全結構的抗撞性能，延展性優越的合金則服務于外觀與裝配需求，構成車身輕量化技術的基礎脈絡[3]。

圖2鋁合金在車身上的應用[4

2.2冷軋技術在車身結構件制造中的優勢

冷軋技術對汽車車身結構件的制造優勢集中體現于材料性能提升與工藝適配性兩大維度。性能維度上，冷軋通過塑性變形使鋁晶粒細化并形成定向織構，增強鋁的強度，同時通過控制軋制道次（3～5道次）保障延伸率的提升。這意味著薄壁化的車身零件，如 1.2mm 厚減振器支座既可承受 200MPa 級沖擊載荷，又具備沖壓成型的變形能力。同時，冷軋鋁板表面粗糙度控制在以下，直接提高噴涂附著力，避免漆層剝落，對可見部件（如車門、車頂）的外觀品質至關重要[5]。工藝維度的優勢則體現為三點：尺寸精度保障，厚度公差 ±0.05mm 的高一致性使激光拼焊間隙可控在 0.1mm 內，顯著提升焊接品質；加工效率優化，冷軋卷材可直接開卷落料進入沖壓線，相比離散板材減少上料頻次；成本可控性，以車門內板為例，冷軋后省略熱處理的工序，使單件制造成本降低。這些特性使冷軋鋁板成為承載高節奏主機廠生產體系的理想介質。

2.3 鋁加工冷軋技術的應用

在車身安全結構領域，冷軋技術的價值通過關鍵部件性能參數得到系統性呈現，安全構件的材料應用與性能對照見表1。

該體系印證了材料科學、結構設計與制造工藝的深度協同一一冷軋技術不僅提供基礎材料，更通過可量化的性能參數賦予車身結構突破性的輕質高強的特性。其核心價值在于將試驗室數據轉化為工程實踐，持續推動汽車被動安全與能效標準的升級進程。

表1冷軋鋁車身核心部件應用與性能對照

3鋁加工冷軋技術在汽車車身結構中的優化路徑

3.1 提高車身結構件的生產效率

當前車身制造的關鍵挑戰在于多重工序銜接造成的效率損失，冷軋工藝通過原料形態創新突破傳統局限。采用卷式鋁合金帶材替代單張板材作為原料供應，從源頭上確保制造鏈條的連續性。材料以成卷形態直接輸入沖壓產線，通過自動化開卷設備實現不間斷送料，消除了傳統生產中頻繁更換壞料造成的設備空轉現象。同時，精密控制的冷軋變形在保留材料塑性的同時誘導晶格強化，直接賦予板材所需力學性能，縮減處理工序與熱能消耗的成效明顯。軋輥精密磨削形成的平整表面既避免對沖壓模具的刮損，又提升涂裝工序的良品率；厚度公差穩定則保證激光焊接縫的均勻可靠。新一代技術正在推動“卷到件”整合模式成形，即開卷、沖壓、檢測環節在同一生產線完成物理集成。這種模式避免半成品堆積與轉運損耗，持續穩定輸出合格零件[。

3.2優化鋁合金車身結構材料的力學性能與成形性

車身結構對冷軋鋁板存在雙重需求，強度指標與變形能力的平衡決定著部件實用價值。傳統方案常需不同合金體系滿足差異化功能訴求，但冷軋工藝提供全新解決思路，借助軋制過程的微觀結構調控統一材料矛盾屬性。在軋輥萬噸級壓力下，鋁材晶粒尺寸發生細化重組，微觀變形帶強化整體抗變形能力的同時保留晶間滑移空間。該技術的突破方向在于精確控制軋制路徑，基于數字模型動態規劃壓下量分布，使鋁材在厚度方向梯度獲得差異化晶粒形貌，既確保結構件的抗變形能力，又維持覆蓋件所需的深沖延展性。此舉既消除加工硬化導致的殘余應力，又避免晶粒過度長大損失韌性。此類工藝創新實現在單卷鋁材中集成多種功能特征，形成具有廣泛適應性的技術平臺。

3.3推動車身結構件的輕量化與可持續性發展

車身輕量化發展需要重新審視制造技術對環境的影響，冷軋技術在此領域形成獨特的生態價值。工藝本身的特性支撐起雙重目標達成，密度優勢經過冷軋增強效應放大，實現安全構件厚度減薄與性能維持的動態平衡，如乘員艙支柱設計，合理減薄規格既保障碰撞安全性，又降低整車慣性負荷；而生產流程再造則驅動環境效應改進。材料利用效率提升是首要環節，帶卷分切套裁技術使邊角廢料率降至最低限度；能源消耗結構被本質性優化，排除熱處理的制造路線降低 80% 以上的工藝熱需求。另外，整車報廢階段拆解的冷軋部件經過專有分選通道，熔煉制備成再生冷軋專用鋁卷，雜質元素控制技術進步已突破二次合金性能瓶頸。這種融合制造模式使得原材料生產碳足跡較傳統方案下降，在使用階段更因有效減重持續獲得減排收益

4結論

文章闡釋了冷軋鋁技術對汽車車身結構的革新作用，其重塑連續制造流程，消除傳統生產斷點，通過精確調控金屬微觀結構突破材料性能邊界，并建立輕量化與可持續性融合的技術閉環。因此，產業升級需推進全自動卷材直連產線的智能控制體系以降低制造成本；深化軋制路徑動態規劃技術的工程轉化，實現單卷材料對車身多元需求的廣泛適配；加速構建冷軋再生鋁的標準化體系與碳軌跡驗證機制，以期將冷軋技術創新轉化為可持續競爭力，為碳中和目標下的汽車輕量化提供可量化實施路徑。

參考文獻

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[3]倪宇翔.輕量化汽車車身結構優化策略研究[J].汽車測試報告，2025（12）：13-15.

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[6]董其娟，韓明亮，夏德偉，等.基于有限元的全鋁車身客車結構強度和剛度分析[J].現代制造技術與裝備，2023，59（1）：122-125.

（編輯 楊景）