法拉利的铝车身制造

2024年3月12日发(作者：新款商务车)

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法拉利的铝车身制造

作者：Richard Gotch

来源：《汽车博览》2012年第01期

铝领风骚

你能用复合材料或铝制造出既坚固又轻质的汽车吗？在法拉利看来，这并不简单。我们到

访马拉内罗探讨开拓性的铝技术，该技术将有助于法拉利实现下一代汽车的宏伟目标

下一代法拉利 V8 的车身结构将比现在的车轻15%-20%，但不会降低它们的坚固性。这是

否将通过使用超轻、超坚硬的碳纤维复合材料结构实现呢？“当然不会，”法拉利首席执行官费

立萨说道，“我们相信在该市场领域中，铝材料才是最佳选择。”

车身重量减少20%，整车质量就会降低大约5%，有助于提高汽车性能、减少排放并提高

燃油经济性。车身的减轻也意味着加速、转向和停车时可以减少负重，因此车辆动态特性也得

到了改善。法拉利专业研发铝质白车身已超过15年。“我相信目前法拉利在制造轻质铝车身结

构方面的能力已达到世界领先水平，而且未来我们还会不断取得进步，”费立萨说道。

我们现在位于法拉利的斯卡格利亚蒂(Scaglietti) 车身厂，从马拉内罗总部驾车片刻就可到

达。该厂自 1953 年开始制造法拉利车身，出自该厂的经典车型包括 250 California Spider 和

250 GTO 等等。法拉利于 1977 年完全接管这家工厂之后，将其转变为高科技研究中心和最先

进的制造基地。

法拉利对铝材料的热情投入并非仅仅因为斯卡格利亚蒂工厂拥有打造世界上最漂亮铝车身

的悠久历史。其实，法拉利在复合材料领域也具有丰富的经验，这从法拉利F1车队和一系列

复合材料制成的“终极”超跑(包括最近的 Enzo)上就可以体现出来，因此法拉利完全有能力利用

最新的碳纤维技术制造任何一种公路跑车。

“由拥有丰富编织工艺经验的工匠精心地手工铺层，复合材料可达到很好的效果。这非常

昂贵，并有很大的变数。同时，一旦发生事故，也更难维修。”费立萨说道。他在法拉利技术

总监的岗位上工作多年，以对精密工程的狂热著称。

“在全力追求极致性能的终极跑车领域，我们将继续研发复合材料技术，”法拉利车身系统

经理帕特里吉奥?墨鲁奇指出，“而对每天生产2至10辆，供车主日常使用的法拉利V8车型，

我们认为铝材料显然是更好的解决方法，并且为今后的改进提供了更大的空间，同时完全可再

生。”

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不断演进

故事从1999年推出中置V8发动机的360 Modena开始。该车的白车身基于全铝立体框

架，主要使用铸造和挤压成型的结构部件制造而成，上面附有铝质车身板件。该技术随后应用

于V12系列车型——2004年的612 Scaglietti和 2006年的599 GTB Fiorano。之后该技术再次

升级并应用于采用V8发动机的新一代车型——2008年的法拉利加利福尼亚和2009年的458

Italia。

在加利福尼亚和458 Italia的前期准备阶段，法拉利对白车身的研发投资增长了50%，结

果极其显著。“正是从这个阶段开始，我们更充分地利用铝材料的性能来设计汽车，”法拉利首

席工程师罗伯特?费德利说道。他以“扭矩反作用箱”(位于A柱基部)为例。过去，该部件由经过

焊接板增强的挤压件制成，现在它可以整片进行热成型。不仅节省了材料，而且提高了一致性

并大大改善了形状，空间适应性更好。

材料的精心挑选和连接技术的发展使汽车各个部位都获得了类似的改善。挤压件选用了五

种不同的铝合金，车身面板则选用了三种不同的铝合金，从而使材料特性与各种部件的具体要

求达到最佳匹配。最新的高强度铝合金在不增加重量的情况下，使某些部件的耐受力提高了多

达80%。California和458总共使用了20多种不同的铝合金，其中大部分铝合金还经过了各种

处理以进一步优化其特性。

法拉利宣布其下一代V8车型也将基于该技术制造而成，目标是提供至少与目前的汽车相

同的空间，但是性能更强、更舒适，而且外形尺寸可能更为小巧。“在斯卡格利亚蒂，我们利

用推出 加利福尼亚和设计下一代V8之间的这段时间来大力发展白车身技术，”费德利说道，

“下一代汽车将具有更优化的结构，以充分利用我们目前已知的先进铝合金的优势。有人希望

将它与碳纤维复合结构进行对比，我可以告诉你，它将会轻得多。”

下一代平台

为了实现下一代车型在重量和刚度方面的宏伟目标，法拉利将大幅扩大合金材料的选择范

围。首先，458车门中的防侵入梁(俗称防撞梁)改用了铝锂合金。锂原子取代了铝晶格中的铝

原子，将整块材料的重量减轻了10%。引入另一种尺寸的原子也有助于阻止变形期间的位移，

从而使材料更坚固。

和法拉利采用的许多新型材料一样，铝锂合金目前主要应用于航空航天领域：航天飞机外

置燃油箱的最终型号主要就是由铝锂合金制成的。“下一代法拉利V8车型上将会看到更多的铝

锂合金材料，”概念工程经理弗兰科?奇玛蒂说道。

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此外，我们还可能会看到另外一种特殊材料——铝碳化硅。这是一种金属基复合材料，由

分散有碳化硅颗粒的铝基体组成。这种材料与陶瓷(与陶瓷制动盘所用材料基本相同)结合后硬

度极高，结果是机械性能媲美钢材，而重量仅相当于其零头。

还有一些处理铝质材料的新方法带来了激动人心的前景。目前法拉利已经使用了具有可变

壁厚的部件，并且这种技术的使用将会大幅增加。过去，有两种方法可以强化固定点周围的金

属部件：增加整个部件的厚度(这样会增重)或焊上加强筋。现在，部件本身可以在必要的位置

增加厚度。

拿起一件铝泡沫部件，您会发现另一个不为人知的秘密：和砖一样大小的构件竟然只有几

克重。通常而言，泡沫体积的75％-95%都是空心的。通过改变这一比例和其他一些参数，即

可根据各种应用要求对该种材料进行定制。

铝泡沫材料不但轻而硬，还具有极好的能量吸收特性，因而是消音和碰撞时吸能的理想选

择。“轻质的空心箱形构件可能产生共振，而固态金属则很容易传递噪音和躁动，”奇玛蒂解释

道，“用铝泡沫代替特定的空心部件区域，我们就可以在不影响重量和刚度的前提下，减小声

学管理系统的尺寸和重量并提高碰撞性能。”

制造的创新

“我们不仅是进行简单的材料替代，用更好的材料取代传统材料，还能够对材料的结构进

行特殊设计，从而使新材料的特性得到充分的发挥，”奇玛蒂继续说道，“有许多因素要考虑，

包括我们将如何使用新材料造车。工艺性是一个关键的选择标准，但是我们不想让材料的选择

受限于这一标准。法拉利的对策是在潜心研究选材的同时，致力开发新的制造工艺。”

最大的挑战之一是如何将新材料接合到一起。例如，极薄的面板和一些特别硬的合金材料

无法焊接。“要将板状部件接合起来，可以使用机械固定件，如自冲铆钉，但这些固定件将会

使应力集中，因此需要更厚的材料或使用加强件，而这两者都会增加成本和重量，”奇玛蒂说

道。轻质金属泡沫则带来了一系列新挑战。

法拉利的方案是使用常见连接工艺的改进版，或者改用完全不同的材料——结构粘接剂。

奇玛蒂表示，高科技胶粘系统能够在提高车身刚度的同时，将某些面板所需厚度降低多达

20%。其中的关键是通过大幅增加负载面积来消除应力的集中。粘接剂还可用来辅助机械紧固

件，从而减少焊接或铆钉等的使用，或提供附加刚性以淘汰加强件。在下一代车型中，可能有

大量的接点都将同时使用粘接剂与增强型铆接技术。

使用粘接剂的缺点之一是需要部件之间有重叠，这样便增加了重量和厚度。在斯卡格利亚

蒂工厂试验的另一项创新性连接技术是冷金属过渡(CMT) 焊接技术，该技术和现在的金属惰性

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气体 (MIG)焊接系统一样，可以实现边对边连接，但使用的热量极少，接点几乎一焊好就可触

摸。

这一点和MIG焊接不同，MIG使用的温度极高，以至于可以改变周围区域(即热影响区

HAZ)的金属结构，从而使金属变脆。此外，无法在粘合接点附近使用MIG焊接，这样就很难

混合两种固定系统以减少材料用量。

CMT焊接使能量输入降低了大约 30%，既能控制HAZ，又可以在粘接剂附近进行焊接。

其他优点包括：减少与热相关的几何构造变化、缩短周期时间、提高加工稳定性等等。奇玛蒂

表示，该工艺目前已经过充分验证，但仍需设法改善CMT工具的尺寸，该工具现在太大，无

法使机器人焊头到达狭小的位置。解决了这一挑战后，该技术将会大规模代替MIG进行结构

焊接。

虽然材料和建构技术变得越来越新奇，另一问题浮出水面：如何维修碰撞过的车辆。“使

用复合材料很难做到这一点，尤其是大多数车身修理厂不具备检测材料内部结构损坏的能力。

当复合材料打造的法拉利发生重大事故时，我们将车送回工厂进行测试，经常会像安装赛车一

样安装大量的新结构件，但公路版跑车的车主经常要用车，这么做并不实用，”奇玛蒂说。

更换用的铝质构件在原型车间制造，每一个构件都是针对具体的车辆量身定制的。然后，

再将这些构件送到车身修理厂与车辆进行整合。

对于下一代车型，法拉利不仅着力发展新的材料技术，同时也在大力开发维修系统，其中

包括改进型双组分粘接剂，供车身修理厂用来提供与工厂使用的单组分(热固性)粘接剂相似的

性能。双组分系统使用了与原先不同的化学反应，因此不需要热固化。

“如果我们把车重与其投影面积相比，我们当前的铝技术已使458成为同类车型中的佼佼

者，可与任何一款车型相匹敌，”法拉利首席执行官费立萨总结道，“我们的下一代V8将会在

使用轻质铝质车身结构方面向前跨出一大步，使重量面积比从大约50公斤每平方米缩减到大

约43公斤每平方米，远远领先当前任何同类车型。我们的新型材料技术将为法拉利车主带来

一辆性能极高且可供日常使用的杰出跑车。”