车身覆盖件铝板冲压生产中的关键技术

车身覆盖件铝板冲压生产中的关键技术

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车身覆盖件铝板冲压生产中的关键技术

2021-01-27

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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