【MFC推荐】车身覆盖件铝板冲压生产中的关键技术

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(要求强度较高的结构件和疲劳件如悬架支架以及铝合金车轮等) 、模铸件(主要有轿车车轮、各类壳体，发动机的缸体缸盖等零件)、铝合金挤压和冲压成形产品(制做各类车身结构件的铝合金型材) 、铝合金轧制板材(乘用车外覆盖件，如发动机的盖板、行李箱盖板等) 和铸造件等。

目前，全球各大汽车厂商纷纷进行车身外覆盖零件的铝板材料替代。现今，较为普遍采用铝板替代的零件有发动机罩盖、行李箱盖、翼子板等。某些厂家已研制开发全铝车身，例如奥迪A8、克莱斯勒prowler等，对于汽车轻量化起到一定的推进效益。

用于汽车车身的铝合金主要有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，其强化相为CuAl2或 CuMgAl2，可通过热处理强化，获得良好的锻造性、较高的强度和一定的烤漆硬化性，可应用于汽车内外板零件，如车盖、底板盖、驾驶室等。

5000系合金通过Mg固溶于铝中，形成固溶强化效应，具有较高的成形性和抗腐蚀性能较高，但该系合金属于非热处理强化合金，只能通过加工硬化来获得强度，一般以O(退火)状态使用，强度较低，通常用于汽车内板等形状复杂的部位，特别适合于要求用拉延方法成形的零部件，如车盖、后行李箱盖、和空气过滤器等。

6000系合金是可热处理强化的合金，强度适中，成形性和耐蚀性好，易着色，综合性能优良，该系合金能在固溶处理淬火后具有较低屈服强度的状态下供货，具有良好的冲压成形能力，并能在最终的烤漆处理过程中获得进一步强化，可应用于汽车外板和内板零件。

由于2000系合金的抗蚀性和强度相对较差，近年来2000系合金在车身覆盖件方面的用量在减少; 5000系铝合金因勒德斯线和桔皮效应以及无法进行热处理强化，在一定程度上限制了其应用，近年来只做车身内板使用。

随着6000系合金的不断开发和应用， 目前北美汽车企业主要使用AA6111、AA6022系铝合金，其数量也在不断增加。欧洲汽车企业主要使用AA6016系铝合金。日本汽车厂家则主要使用AA6016和AA6022系铝合金，同时也使用部分AA6111系合金。

2. 车用铝板材料冲压过程关键控制点

根据冲压工序流程分析，铝板在冲压过程中的控制要点大致有材料保存、板料拆垛、模具冲制、质检返修等四方面。

2. 1 材料保存

由于目前大多数汽车厂冲压开卷设备均不具有铝板卷料的加工能力。因此，各整车厂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，整个物流配送流程周期较长，对于该阶段的材料保存需要提出较高的要求。

发霉是铝板材料储存过程中常见的问题，主要的表现为材料表面出现无规律随机分布的麻点，缺陷擦拭不掉，需打磨去除，严重影响产品质量。

对于该缺陷主要有以下4点可能原因：

( 1) 在铝板的生产、运输过程中，料垛沾水或冷凝水汽，或由于毛细作用吸入水汽;

( 2) 铝板材料的表面油膜受损或分布不均匀，导致空气中的水分接触到板料表面;

( 3) 铝板在生产过程中表面留有酸、碱物质，经过一段时候后盖区域受腐蚀;

( 4) 包装不好，运输过程中物理受损或长时间接触含水分物质。

鉴于以上的分析，为了确保铝板不产生发霉，必须从材料的加工源头进行控制，同时在运输、保存过程中始终保持铝板的防水、防潮。值得注意的是，目前较常使用的进口铝板均采用海运模式，在运输过程中的防潮处理就更显重要。

2. 2 板料拆垛

由于铝板材料不具备磁性特性，因此对于铝板料垛的分张便成了铝板生产的一大技术难点。因为，如果铝板分张产生问题，轻者造成冲压生产停机，影响效率，重者甚至会发生模具双料，酿成事故。

在目前的铝板拆垛过程中，普遍采用的是吹气式分张装置。随着铝板的应用逐步广泛，压机供应商在新设计的自动化冲压中均可配备吹气分张装置。选用何种吹气模式、吹气压力值等技术要求对于今后设备的分张效果影响较大。

因此，该方面技术参数必须作为重要设备指标进行规定，一般吹气模式选用不间断吹气模式，吹气压力至少 0. 6 MPa。在条件允许情况下可吹气分张装置可采用增压模式，效果更佳。

同时，铝板料垛表面状态对于分张也有一定的影响：

( 1) 板料表面的油膜必须均匀;

( 2)在成本许可的情况下尽可能材料表面采用 EDT 处理( 电火花加工) ;

( 3) 已加工完成的料垛不要长时间存放；

以上三点均对于铝板生产工程中的拆垛效果有较大影响。

2. 3 模具冲制

虽然，通过多年的科研攻关，铝板材料的性能得到很大改善，但是总体来说铝板成形性能还远低于钢板。因此，对于使用铝板材料的冲压成形工艺和成形模具就提出了较高的要求。

( 1) 铝板材料的表面润滑对于成形非常重要。目前铝板一般采用干性润滑，该润滑工艺相对于油脂润滑能让铝板材料有更好的成形性能。

( 2) 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 85% 以上，并且压边圈和模具型面需要保证光洁，条件允许的情况下进行镀铬处理。

( 3) 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。

另一方面，铝板材料相对钢板材料对切边冲孔工序模具也有其特殊的要求。

由于铝板的性能偏软，冲裁凸凹模间隙较普通模具要小，单面间隙要控制在 3% ～ 4% 料厚左右。并且模具刀口需保证较高硬度，必须在 60 HRC 以上。

同时，对于冲裁模具的导向也应每半年进行一次全面检验。以上措施可以有效的防止铝板切边过程中的碎屑产生。

2. 4 检验返修

铝板成形零件相对于钢板零件刚度较低、整体偏软。因此，在零件检验过程中必须注意轻取轻放。铝板零件的表面检验方法基本与钢板零件相似，目视检验、触摸检验、油石检验均可以采用。

但是，在进行触摸检验和油石检验时必须注意所施加的压力，不能造成零件变形。生产现场可按照零件型面制作专用打磨样架用于检验。

铝板冲压零件由于刚度低，一般情况下不进行单件的返修。但是，实际生产过程中零件缺陷是无法避免的，通常在整车制造企业较为普遍采用的模式为：保留冲压单件缺陷，并在总成零件上再进行返修。

例如，一般铝板前盖缺陷是放在前盖总成零件上进行返修。还有一点必须注意，铝板打磨过程中，颗粒极微小的干燥铝粉能悬浮在空气中。一旦铝粉在空气中达到一定的量时，遇到着火源极易产生爆燃，存在安全隐患。

因此，铝板零件的返修场地必需设置在敞开环境，保持通风。同时还要配备相应的除尘装置，除尘装置要定期清理。

在实际操作过程中，对于铝板冲压件应尽可能地减少或避免返修，即使需要返修也应充分考虑返修工艺和场地环境。

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