基于轻量化的冲压铝板成形技术研究

FMMM 2023年9月12日浏览：1333

文/朱梅云·安徽江淮汽车集团股份有限公司

基于低碳、节能、绿色、安全等设计理念，汽车轻量化成为现代汽车设计制造的主流趋势，汽车轻量化技术可以提高燃油经济性，实现节能减排的目的。汽车车重每减少100kg，每升油可多行驶1km；车重每减少10%，可以降低6%～8%的油耗，并且降低5%～6%的排放。汽车的燃油经济性与汽车自重的关系如图1 所示。

基于轻量化的冲压铝板成形技术研究的图1

图1 汽车的燃油经济性与汽车自重的关系

近年来，汽车轻量化技术发展势头迅猛，其中，汽车全铝车身技术是实现汽车轻量化的重要方式。与传统钢板车身相比，全铝车身具有以下独特的优点：⑴车身重量更轻；⑵车身抗腐蚀能力更强；⑶可用单体零件进行结构组合；⑷耐用性好；⑸良好的成形性；⑹阻隔噪声和振动；⑺良好的抗凹坑能力；⑻减小行人撞击伤害；⑼良好的防火性能；⑽优良的外表面特征。图2 为典型的全铝车身及铝冲压覆盖件组件图。

基于轻量化的冲压铝板成形技术研究的图2

图2 典型汽车车身铝板覆盖件

汽车车身板铝合金材料属性

与普通钢板相比，汽车车身铝铝板有独特的材料属性。对比铝和钢的应力——应变曲线，铝板具有低的屈服强度和弹性模量，低的均匀延伸率和总延伸率。

汽车车身铝板合金种类不同，相应的强度、耐腐蚀性、加工性也不同，因此，需要根据不同要求选择合金种类：⑴主要添加元素为Mn，在铝合金里加入Mn 元素。在不降低纯铝加工性和耐腐蚀性的前提下，稍微增加其强度。就像3004 一样，也有追加Mg含量并提高其强度的合金。⑵主要添加元素为Si。在铝合金里加入Si 元素，阳极氧化膜呈现灰色，是一种提高了耐热性、耐磨性的合金，多用于焊料、焊条。⑶主要添加元素为Mg。在铝合金里加入Mg元素，Mg 含量的不同，合金材料强度可在大范围内变化。Mg 含量少的合金光泽性、加工性良好，焊接性及对海水的耐腐蚀性良好。

铝板冲压工艺关键技术

铝屑防治技术

铝板件在修边冲孔后会产生很多铝屑粘附在刃口及冲头上，制件在传递过程中，铝屑粘在制件表面、成形面、符型面上，随着生产的进行，铝屑会持续增多，后面生产的制件表面就会存在一定的面品问题，如图3 所示。

基于轻量化的冲压铝板成形技术研究的图3

图3 铝板修边刃口工艺

1)铝板无废料刀设计，普遍采用二次修边；2)铝板不采用三角定位孔，避免连切带翻结构；3)针对铝板，采用修边刃口特殊工艺处理；4)建议采用二次切断或者使用浮动刀，同时，避免波浪刃口(Shear cut)，均匀稳定修边；5)刃口间隙均匀性和垂直度确认；6)上下模刃口表面处理，降低表面粗糙度和提高耐久性；7)修边刃口涂黄油，粘铝屑；8)模具工装上增加收集铝屑装置；9)每生产1000 ～2000 件需进行模具清洗。

铝板回弹——扭曲预防技术

铝板回弹是材料特性、零件几何特征和模具工艺综合作用的结果，主要表现为扭曲、弹性变形。由于在本构方程、材料性能、对模具表面粗糙度和符型高要求等原因，工程上准确模拟铝板的回弹非常困难，对铝板回弹防治必须从良好的产品设计和稳定的生产工艺开始，从制造策略上预先考虑可能的回弹及其后序整改调试手段。铝板回弹如图4 所示，合格铝板成形冲压件如图5 所示。

基于轻量化的冲压铝板成形技术研究的图4