【MFC推荐】铝合金冲压轻量化技术概述

汽车车身轻量化技术的研究发展是推动汽车节能、减排的关键。铝合金材料冲压技术是实现汽车车身轻量化的重要课题, 可实现约2/3的减重, 对于汽车轻量化、市场的可持续发展具有深远意义。

铝合金材料在新能源汽车车身上的应用

铝合金材料的牌号依据非铝元素的种类与含量的不同, 分为1000~9000共9大系列。
新能源汽车车身用铝合金材料主要包括:铜元素含量最高、硬度较高的2000系列, 主含镁元素、又称“镁铝合金”的5000系列, 镁硅含量高、抗腐蚀和抗氧化性能好的6000系列, 新能源汽车车身的不同受力部位采用不同系列型号的板材、型材、管材及高性能压铸铝等铝合金材料。

新能源汽车车身共分为4大区:
(1)骨架。车身受力最大的部位, 采用2000系或7000系材料, 可热处理强化。
(2)外板。车身次受力部位, 采用5000系或6000系材料。
(3)车门。采用5000系或6000系料。
(4)地板。采用5000系或6000系材料。

铝合金冲压工艺CAE应用分析

随着科技的不断创新与发展, 冲压产品的多样化、复杂化趋势不可避免。针对这一复杂的技术工程, 技术人员都希望在冲压产品生产前有精确的模拟、分析和直观的论证。这些工作借助CAE应用分析软件得以实现, CAE (Computer Aided Engineering, 计算机辅助工程分析) 是对白车身冲压件的设计、分析、数据管理、模拟试验、冲压运行仿真及制造的工艺设计过程。针对冲压产品的性能进行设计和优化评价, 以便在多个方案中找到最佳设计。

汽车白车身冲压件开裂、反弹、起皱、回弹补偿、拉伸变薄等分析是冲压模具工艺设计数据的重要来源。反弹、变薄、起皱、拉裂是模具冲压件生产过程常见的缺陷, 尤其在零件冲压拉伸深度深与机床压边力大小失控时出现。因此在产品冲压之前的模具设计、CAE工艺分析尤为重要。

通过产品冲压CAE应用工艺分析, 不但能准确计算出材料拉伸成型时的板料流动情况、材料分布变薄的数据, 还能判断产品冲压件的开裂与变薄, 生产中降低报废率。

传统零件的成型性分析只能依靠设计人员的经验、评估来判断产品冲压模具设计及生产的可行性, 造成后续开发过程中会出现很多问题。可通过ECR设计优化更改产品的型面转角来消除开裂、变薄。新能源汽车冲压模具的设计, CAE冲压可成型性分析对工艺方案的确定非常重要, 直接关系到后续模具的开发, 也是缩短模具开发周期的关键。

铝合金产品冲压模具研发注意事项

1.拉伸类模具装配研发注意事项

(1)拉伸模工作型面抛光要光洁细腻, 表面镀硬铬或TD (Thermal Diffusion Carbide Coating Process, 热扩散碳化物涂层工艺) 处理。
(2)模具拉伸型面处硬度要求:外板≥70 HRC, 内板≥55 HRC。
(3)拉伸筋工艺补充较多, 拉伸筋采用圆筋, 拉伸筋R角比钢件大。
(4)铝件的滑移线在圆角上即合格, 要求≤18mm。
(5)压料圈着色优于钢件。
(6)抛光钢件的砂纸最高可以是1000#, 铝件一般需要达到2000#砂纸的光洁度。

2.翻边、整形、成形类模具装配注意事项

(1)翻边压料宽度 (20~25) mm。
(2)翻边间隙为板料厚度的95%。
(3)铝件翻边对镶块要求较高, 镶块表面不能有砂眼、气孔, 表面光洁度高, 不能有明显划痕, 否则易产生料屑 (尤其是R角处) 。

3.修边、冲孔、落料类模具刃口与间隙装配注意事项

(1)在铝件废料刀处采用断开筋结构, 以减少料屑。
(2)刃口合入尝试5 mm左右, 刃口基准深度8 mm。
(3)采用沉台阶凸模, 以减少料屑。
(4)修边尽量减少废料刀, 同时考虑刀的锋利程度。
(5)铝件修边、冲孔、落料间隙略大于钢件, 铝件: (10%~12%) ×料厚。
(6)压料板着色宽度 (10~15) mm。

铝合金产品冲压注意事项

铝合金具有质量轻、较软、防火性佳、加工工艺性好、色彩可选性广、装饰效果极佳、易于回收、利于环保等优点, 但冲压时易产生顶伤、压伤、刮伤、变形, 生产中需要注意的事项:

(1)冲压时遵循人、机、料、法、环全面质量控制与管理的理论依据。也是确保产品质量的5个主要因素。

(2)原材料检查。铝合金板料牌号、规格、尺寸, 双面贴膜是否完好无损。

(3)开平作业。按工艺作业指导书, 剪切所需要的材料尺寸及规格。

(4)确认各工序冲压模具与冲压产品规格是否对应, 检查导向、刃口、型腔、冲头、斜器等部位是否有损坏情况, 并记录在模具履历表上。

(5)各工序产品冲压。根据冲压工艺作业指导书, 实施各工序的冲压, 并与每道工序样件对比冲压状态。

(6)首件产品确认。检查首件冲压产品, 用3坐标按工艺作业指导书检查每项检测点, 做好首件全检记录, 确认产品符合率。

(7)冲压过程巡检。巡检员按各工序生产的工序件检查冲压状态, 在工序件上做巡检符号, 在巡检记录按每批 (30~50) 件检查记录一次冲压状况。

(8)冲压成品检验。将成品件放在检具上, 定位夹紧后, 以每100件/次检查冲压的产品符合率状况, 做好批量冲压件检查记录, 确认产品满足符合率情况。

(9)外观检查。将冲压成品件依次去除贴膜, 检查产品外观, 确认主要部位完好无损, 总体质量符合要求时, 再放入专用盛具内, 挂上检查合格标签。

(10)表面处理。外表面氧化着色处理, 跟据表面着色工艺要求, 处理达到相应的颜色, 放入专用盛具内, 存放到防尘车间, 用PP膜封装整个盛具外表, 防止灰尘进入影响表面品质。

(11)物流入库。确认数量与产品相对应后入库, 做好ERP (Enterprise Resource Planning, 企业资源计划) 数据录入工作, 确认入库数据与发货数据, 等待发货。

结语
随着轻量化技术的应用, 汽车在提高外观造型美观性的同时还能有出色的节能表现。汽车轻量化技术包括4个方面的研究:

(1)整体车身从厚的普板向薄的高强度合金板转变;

(2)整体车身从钢板 (密度高) 向高分子塑料件 (密度低) 转变;

(3)整体车身从钢结构向铝合金等材料的转变;

(4)新型能源动力的开发与研究。因此, 车身变轻对于整车的燃油消耗、节能减排、车辆控制的稳定性、提高行车碰撞安全性都有很大的优越性。汽车轻量化是未来汽车在节能环保, 降低污染等方面的重要发展方向。铝合金作为典型的轻型材料越来越被行业认可, 全铝化车身是未来汽车轻量化发展的一种趋势。

来源：网络