车用铝合金中铝板冲压的设计及生产的关键技术

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　　摘 要：随着科学技术的不断发展，各种先进的技术已经被投入汽车企业的生产中来，给车辆的性能带来了极大的提升，其中一个十分重要的工艺技术就是铝板在车身外覆盖件冲压生产中的应用，但其还有些许内容与传统工艺技术存在着不同。该文将对于这种工艺技术进行具体的分析与阐释。
　　关键词：铝板；钢板；车身外覆盖件；模具设计；冲压生产
　　中图分类号：TG386 文献标志码：A
　　0 前言
　　近年来，随着中国经济的发展，汽车产销量逐年提高，随着着科技的发展，汽车在生产过程中应用了许多新的技术，其中铝板在车身覆盖件冲压的生产过程当中应用逐渐推广，因其减重效果明显，极大地提升了整车的性能。目前，铝板在车身覆盖件冲压生产过程当中，依然存在问题，需要相关的工作人员进一步提高铝板车身覆盖件冲压技术，优化其应用效果。该文通过分析铝板应用在车身覆盖件冲压生产中的现状，进一步研究其关键控制点及其发展的意义，进而推动冲压生产行业的进一步发展。
　　1 车用铝合金材料简介
　　铝合金在汽车中的应用形式有铝合金锻件、模铸件、铝合金挤压和冲压成形产品、铝合金轧制板材和铸造件等。在目前的汽车行业中，越来越多的铝材应用到汽车制造中，其中车身用铝板的使用也作为一项重要的技术革新。目前，全球各大汽车厂商纷纷使用铝板进行车身外覆盖零件的生产。现今，较为普遍采用铝板替代钢板的零件有发动机盖、行李箱盖、翼子板等车身外覆盖件。目前某些厂家已研制开发全铝车身，象特斯拉Model S等，对于汽车轻量化起到一定的推进效益。
　　2 铝板成型冲压模具设计中的关键控制点
　　2.1 拉延、成型类模具设计要点
　　由于铝板的成型性能远不如钢板，铝板的延伸率低、塑性差、材质偏软、弹性模量低，因此在成型类模具的设计的过程中主要需要考虑如下几点：铝板延伸率比钢板要小，允许变形量比钢板小，因此铝板更加容易开裂，建议产品设计时的R角及拔模角要比钢板放大一些，从产品的设计开发上杜绝产品开裂的现象。铝板的塑性较差，在冲压成型的过程中比钢板更容易起皱，对于深度较大的拉延件，在产品的侧壁处尽可能增加吸皱凸包或凸筋，从工艺设计上解决产品的褶皱问题。铝板材质比钢板偏软，因此对成型类模具的表面粗糙度要求较高，成型类模具的表面都建议进行镀铬处理，从工装的设计开发上提升产品质量。铝板的弹性模量比钢板要低，仅为钢板的1/3，导致铝板的回弹要比钢板大3倍，因此对铝板成型回弹的控制也就显得尤为重要。
　　2.2 修冲类模具设计要点
　　铝板因其具有质量轻材质软等特性，在修冲类模具生产时经常会产生铝屑，如不加控制会对零件表面产生压伤，造成产品外观质量缺陷。针对铝屑可在工艺和模具辅助装置上对其进行优化处理。工艺上可在设计时考虑修边冲孔的角度要尽可能做小，尽可能采用正冲孔工艺，可极大地减小铝屑的产生概率。
　　3 铝板冲压生产的关键控制点
　　3.1 原材料的保存
　　目前大多数整车厂使用铝板还普遍采用以板料形式的采购配送。目前主要的铝板生产厂商还是以国外为主，物流配送周期较长，铝板的时效性又较短，极易发生发霉现象，因此对于该阶段的材料保存需要提出较高的要求，铝板的整个生产运输过程中必须严格保证其防水、防潮，避免其受潮后发霉影响正常生产的使用。
　　3.2 成摞板材拆分
　　在铝板自动化生产过程中，由于铝板材料本身并不具备磁性特性，在生产过程中成摞铝板拆分成为生产的技术难点。铝板拆分问题不仅会造成冲压生产停机对生产效率产生严重影响的情况，严重时会引发模具双量酿成严重生产事故造成模具损坏，给企业带来巨大的经济损失。在逐步推进铝板自动化生产发展过程中，如何解决铝板拆分问题成为其中的研究重点所在。在目前的铝板拆分过程中有多种不同的拆分方法，其中比较普遍的方法是吹气式拆分装置，但随着铝板在越来越多的领域中有了广泛的应用，压机供应商可以在新设计的自动化冲压生产线中配备吹气拆分装置，将铝板拆分纳入自动化生产线中，实现自动快速的拆分铝板。但在自动化生产线中铝板拆分过程中如果使用吹气拆分装置，需要精准和有效地选择吹气模式、吹气压力值等，只有在符合要求的基础之上才能够保证铝板的拆分效果，否则就无法达到预期铝板拆分目标。
　　3.3 零件自动化生产
　　随着科学技术的不断发展变化，现阶段铝板材料性能不断更新，但和钢板的成形性能相比较来说，铝板成形性能相对较低，这也就使铝板材料冲压成型工艺和成型模具的设计和选择成为其中的关键部分，需要不断提高对其的要求。其中材料本身的表面润滑性能也至关重要，但目前的表面润滑工序中所采用的是干性润滑工艺，相较于油脂润滑来说能够有效提升铝板材料的成形性能。成形模需确保良好的成形工艺性，模具的压边圈贴合率必须达到90 %以上，并且压边圈和模具型面需要保证光洁，镀铬处理可增加模具表面的光洁度。铝板成形对于设备的压边力输出控制也有较高的要求。如果是单动压机，尽量不要选用气垫成形设备，应使用压力控制更为稳定的数控液压垫或伺服电机控制垫。铝板在成型或者修冲过程中会产生一定的铝屑，需定时对模具表面及模具导柱导板等位置进行清洗清洁，既避免了铝屑对零件表面产生压伤，也可以避免模具因铝屑导致磨损，从而精度下降，降低模具使用寿命。
　　3.4 产品的检验及返修
　　从刚度性能来说钢板冲压件的刚度要远高于铝板冲压度，铝板冲压件相对偏软。在开展零件检验过程中为了保证铝板冲压件整体完整性，需要注意轻拿轻放。而铝板冲压件对于表面光滑度要求非常高，其表面检验方法和钢性冲压件之间具备一定的相似性，目视检验、触摸检验、油石检验等几种不同的方法都能够运用到铝板冲压件的表面检验中。但在使用触摸检验和油石检验过程中，为避免检验方法对冲压件表面造成破坏，所施加的压力需要湿度，避免使用过大压力造成零件出现变形。在产品检验过程中检验部门可以根据零件型面打造专用的打磨样架，保证产品检验质量和产品检验效率。由于受到铝板冲压零件刚度低的影响，冲压件无法单件返修，在实际生产过程中无法保证零件全部符合实际需求，通常来说可以对冲压单件上的缺陷进行保留，并将其在总成零件上进行合并之后进行翻修。
　　4 车用铝板应用的意义与发展趋势
　　4.1 车用铝板应用的意义
　　随着节能环保要求的提升，汽车轻量化一直作为主机厂研究的重点方向。汽车重量的减轻能够直接提升车辆燃油效率，降低油耗，提升车辆操控，相应地提升了汽车的安全性能。铝板具有质量轻、强度高、抗腐蚀性能好的特点。顺应节能环保的大趋势，同时又可提升整车性能，铝板将会越来越多地用于汽车零件的开发中。铝板又因其塑性低、材质偏软，将其应用于车身外覆盖件中会使其对人车事故中的行人形成一种溃缩保护，极大程度地保护了行人的安全。
　　4.2 车用铝板的前景分析
　　随着国六排放标准的即将实施，碳排放要求越来越严，减重对于整车厂来说是一项不小的挑战。又因铝板优越的减重效率（同车型如采用全铝车身减重可达30 %以上），未来铝板可在汽车行业发挥举足轻重的作用。
　　5 结語
　　尽管目前我国铝板冲压处于刚起步阶段，仍然存在不少问题，随着材料科技的发展，在专业人才的进一步推动下，我国的铝板冲压生产技术一定能够进一步优化，推动冲压行业的进步，推动我国汽车制造业的进步。
　　参考文献
　　[1]谢晖，刘翔，王诗恩，等.时效硬化对6021-T4铝板成形性影响及冲压工艺稳健设计[J].塑性工程学报，2016，23（1）：21-26.
　　[2]闫辉.汽车车身轻量化材料的应用研究[J].机械研究与应用，2013（1）：140-142.
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