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車身覆蓋件鋁板沖壓生產中的關鍵技術

車身覆蓋件鋁板沖壓生產中的關鍵技術

Jan 05, 2021

1. 車用鋁合金材料簡介

鋁合金在汽車中的應用形式有鋁合金鍛件(要求強度較高的結構件和疲勞件如懸架支架以及鋁合金車輪等) 、模鑄件(主要有轎車車輪、各類殼體,發動機的缸體缸蓋等零件)、鋁合金擠壓和沖壓成形產品(制做各類車身結構件的鋁合金型材) 、鋁合金軋制板材(乘用車外覆蓋件,如發動機的蓋板、行李箱蓋板等) 和鑄造件等。

目前,全球各大汽車廠商紛紛進行車身外覆蓋零件的鋁板材料替代。現今,較為普遍采用鋁板替代的零件有發動機罩蓋、行李箱蓋、翼子板等。某些廠家已研制開發全鋁車身,例如奧迪A8、克萊斯勒prowler等,對于汽車輕量化起到一定的推進效益。

用于汽車車身的鋁合金主要有Al-Cu-Mg (2000系)、Al-Mg (5000系)和Al-Mg-Si(6000 系)三大系列。

2000系合金加入Cu和Mg等元素,其強化相為CuAl2或 CuMgAl2,可通過熱處理強化,獲得良好的鍛造性、較高的強度和一定的烤漆硬化性,可應用于汽車內外板零件,如車蓋、底板蓋、駕駛室等。

5000系合金通過Mg固溶于鋁中,形成固溶強化效應,具有較高的成形性和抗腐蝕性能較高,但該系合金屬于非熱處理強化合金,只能通過加工硬化來獲得強度,一般以O(退火)狀態使用,強度較低,通常用于汽車內板等形狀復雜的部位,特別適合于要求用拉延方法成形的零部件,如車蓋、后行李箱蓋、和空氣過濾器等。

6000系合金是可熱處理強化的合金,強度適中,成形性和耐蝕性好,易著色,綜合性能優良,該系合金能在固溶處理淬火后具有較低屈服強度的狀態下供貨,具有良好的沖壓成形能力,并能在最終的烤漆處理過程中獲得進一步強化,可應用于汽車外板和內板零件。

由于2000系合金的抗蝕性和強度相對較差,近年來2000系合金在車身覆蓋件方面的用量在減少; 5000系鋁合金因勒德斯線和桔皮效應以及無法進行熱處理強化,在一定程度上限制了其應用,近年來只做車身內板使用。

隨著6000系合金的不斷開發和應用, 目前北美汽車企業主要使用AA6111、AA6022系鋁合金,其數量也在不斷增加。歐洲汽車企業主要使用AA6016系鋁合金。日本汽車廠家則主要使用AA6016和AA6022系鋁合金,同時也使用部分AA6111系合金。

2. 車用鋁板材料沖壓過程關鍵控制點

根據沖壓工序流程分析,鋁板在沖壓過程中的控制要點大致有材料保存、板料拆垛、模具沖制、質檢返修等四方面。

2. 1 材料保存

由于目前大多數汽車廠沖壓開卷設備均不具有鋁板卷料的加工能力。因此,各整車廠普遍采用以板料形式的采購配送。目前主要的鋁板生產廠商還是以國外為主,整個物流配送流程周期較長,對于該階段的材料保存需要提出較高的要求。

發霉是鋁板材料儲存過程中常見的問題,主要的表現為材料表面出現無規律隨機分布的麻點,缺陷擦拭不掉,需打磨去除,嚴重影響產品質量。

對于該缺陷主要有以下4點可能原因:

( 1) 在鋁板的生產、運輸過程中,料垛沾水或冷凝水汽,或由于毛細作用吸入水汽;

( 2) 鋁板材料的表面油膜受損或分布不均勻,導致空氣中的水分接觸到板料表面;

( 3) 鋁板在生產過程中表面留有酸、堿物質,經過一段時候后蓋區域受腐蝕;

( 4) 包裝不好,運輸過程中物理受損或長時間接觸含水分物質。

鑒于以上的分析,為了確保鋁板不產生發霉,必須從材料的加工源頭進行控制,同時在運輸、保存過程中始終保持鋁板的防水、防潮。值得注意的是,目前較常使用的進口鋁板均采用海運模式,在運輸過程中的防潮處理就更顯重要。

2. 2 板料拆垛

由于鋁板材料不具備磁性特性,因此對于鋁板料垛的分張便成了鋁板生產的一大技術難點。因為,如果鋁板分張產生問題,輕者造成沖壓生產停機,影響效率,重者甚至會發生模具雙料,釀成事故。

在目前的鋁板拆垛過程中,普遍采用的是吹氣式分張裝置。隨著鋁板的應用逐步廣泛,壓機供應商在新設計的自動化沖壓中均可配備吹氣分張裝置。選用何種吹氣模式、吹氣壓力值等技術要求對于今后設備的分張效果影響較大。

因此,該方面技術參數必須作為重要設備指標進行規定,一般吹氣模式選用不間斷吹氣模式,吹氣壓力至少 0. 6 MPa。在條件允許情況下可吹氣分張裝置可采用增壓模式,效果更佳。

同時,鋁板料垛表面狀態對于分張也有一定的影響:

( 1) 板料表面的油膜必須均勻;

( 2)在成本許可的情況下盡可能材料表面采用 EDT 處理( 電火花加工) ;

( 3) 已加工完成的料垛不要長時間存放;

以上三點均對于鋁板生產工程中的拆垛效果有較大影響。

2. 3 模具沖制

雖然,通過多年的科研攻關,鋁板材料的性能得到很大改善,但是總體來說鋁板成形性能還遠低于鋼板。因此,對于使用鋁板材料的沖壓成形工藝和成形模具就提出了較高的要求。

( 1) 鋁板材料的表面潤滑對于成形非常重要。目前鋁板一般采用干性潤滑,該潤滑工藝相對于油脂潤滑能讓鋁板材料有更好的成形性能。

( 2) 成形模需確保良好的成形工藝性,模具的壓邊圈貼合率必須達到 85% 以上,并且壓邊圈和模具型面需要保證光潔,條件允許的情況下進行鍍鉻處理。

( 3) 鋁板成形對于設備的壓邊力輸出控制也有較高的要求。如果是單動壓機,盡量不要選用氣墊成形設備,應使用壓力控制更為穩定的數控液壓墊或伺服電機控制墊。

另一方面,鋁板材料相對鋼板材料對切邊沖孔工序模具也有其特殊的要求。

由于鋁板的性能偏軟,沖裁凸凹模間隙較普通模具要小,單面間隙要控制在 3% ~ 4% 料厚左右。并且模具刀口需保證較高硬度,必須在 60 HRC 以上。

同時,對于沖裁模具的導向也應每半年進行一次全面檢驗。以上措施可以有效的防止鋁板切邊過程中的碎屑產生。

2. 4 檢驗返修

鋁板成形零件相對于鋼板零件剛度較低、整體偏軟。因此,在零件檢驗過程中必須注意輕取輕放。鋁板零件的表面檢驗方法基本與鋼板零件相似,目視檢驗、觸摸檢驗、油石檢驗均可以采用。

但是,在進行觸摸檢驗和油石檢驗時必須注意所施加的壓力,不能造成零件變形。生產現場可按照零件型面制作專用打磨樣架用于檢驗。

鋁板沖壓零件由于剛度低,一般情況下不進行單件的返修。但是,實際生產過程中零件缺陷是無法避免的,通常在整車制造企業較為普遍采用的模式為:保留沖壓單件缺陷,并在總成零件上再進行返修。

例如,一般鋁板前蓋缺陷是放在前蓋總成零件上進行返修。還有一點必須注意,鋁板打磨過程中,顆粒極微小的干燥鋁粉能懸浮在空氣中。一旦鋁粉在空氣中達到一定的量時,遇到著火源極易產生爆燃,存在安全隱患。

因此,鋁板零件的返修場地必需設置在敞開環境,保持通風。同時還要配備相應的除塵裝置,除塵裝置要定期清理。

在實際操作過程中,對于鋁板沖壓件應盡可能地減少或避免返修,即使需要返修也應充分考慮返修工藝和場地環境。

來源:網絡


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