鋁車身沖壓工藝--資材篇

1、鋁車身沖壓工藝- 資材篇目錄一、鋁合金基本知識(shí)1.1 輕量化的必然性1.2 汽車輕量化的主要對(duì)象1.3 鋁合金的特點(diǎn)1.4 、鋁合金分類二、汽車用鋁材簡(jiǎn)介2.1 性能參數(shù)介紹2.2 性能要求2.3、汽車用鋁材型號(hào)應(yīng)用部位2.4、應(yīng)用于汽車車身的6系和5系鋁合金對(duì)比三、鋼板與鋁合金板材等強(qiáng)度計(jì)算四、 鋁合金車身板的生產(chǎn)過(guò)程五、板材的表面處理一、鋁合金基礎(chǔ)知識(shí)1.1 輕量化的必然性汽車質(zhì)量每減輕%，可節(jié)省燃料消耗0.61.0%；車輛每減重100 kg，CO2排放量可減少約5 g/km，在轎車中每使用1 kg鋁，可在其使用壽命期內(nèi)減少20 kg尾氣排放；汽車尾氣排放與油耗成正相關(guān)；現(xiàn)有汽車越來(lái)越高級(jí)

2、化，附加裝置也越來(lái)越多。同樣使得輕量化成了必然。1.2 汽車輕量化的主要對(duì)象發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身及內(nèi)外裝占轎車總質(zhì)量的比例較大,減重潛力也較大。轎車車身是轎車中重量較大的部件，約占汽車總重量的30，所以車身的鋁化舉足輕重。1.3 鋁合金的特點(diǎn)：鋁的密度?。?.7 g/cm），約為鋼（7.8 g/cm）的1/3。用鋁合金代鋼鐵可減重50% 左右,由于鋁的表面易氧化形成致密而穩(wěn)定的氧化膜（鈍化），所以耐蝕性好。鋁有較好的鑄造性，由于鋁的融化溫度低，流動(dòng)性好，易于制造各種復(fù)雜形狀的零件。鋁中加入一種或幾種元素后即構(gòu)成鋁合金，鋁合金相對(duì)于純鋁可以提高強(qiáng)度和硬度，除固溶強(qiáng)化外，有些鋁合金還可以熱處理強(qiáng)化，

3、使有些鋁合金的抗拉強(qiáng)度可超過(guò)600MPa。導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率是鋼的3倍。名稱發(fā)動(dòng)機(jī)底盤（除傳動(dòng)系）車身傳動(dòng)系內(nèi)裝外裝其他質(zhì)量比例（%）10151924202851020258131.4 、鋁合金分類組別牌號(hào)系列純鋁（鋁含量不小于99%）1以銅為主要合金元素的鋁合金2以錳為主要合金元素的鋁合金3以硅為主要合金元素的鋁合金4以鎂為主要合金元素的鋁合金5以鎂和硅為主要合金元素并以Mg2Si相為強(qiáng)化相的鋁合金6以鋅為主要合金元素的鋁合金7以其他元素為主要合金元素的鋁合金8備用合金組9根據(jù)合金元素和加工工藝特性，可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。鋁合金牌號(hào)劃分二、汽車用鋁材簡(jiǎn)介種類屈服極限(N/m

4、m2)拉伸強(qiáng)度(N/mm2)延伸率(%)平均延伸率(%)硬度HVn值r值1100-031953830240.290.851100-H2413914213450.853003-0401073329300.210.673003-H141571695490.070.53004-0621772522480.280.713004-H2417521598760.120.715052-01072132422520.320.745052-H242122691310800.131.055182-01252643128260.310.615182-H242733501110910.130.756061-04512

5、530250.280.666061-T41972712420640.20.74冷軋鋼板1812984623450.212汽車的鋁合金一般采用熱處理型6000系列和非熱處理型5000系列，其中5038和5183是汽車車身最常用的型號(hào)。經(jīng)試驗(yàn)得出R值對(duì)鋁合金板沖壓成型影響不明顯2.1 性能參數(shù)介紹對(duì)汽車用鋁合金板材的性能要求是：除有滿足標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的力學(xué)性能與耐蝕性之外，還應(yīng)具有如下的性能：第一，良好的成形性能、較低的屈強(qiáng)比以及較高的成形極限。 第二，表面光滑。第三，良好的焊性能。為了滿足汽車零部件焊接加工的工藝性能要求，鋁合金板需要有良好的焊接性能。第四，良好的烘烤硬化性能。第五，高的抗凹陷性能。

6、第六，優(yōu)良的表面處理和涂裝性能。第七，一定的抗時(shí)效穩(wěn)定性能。 單向拉伸性能分析2.2 性能要求歐洲與北美汽車覆蓋件用鋁情況綜合相關(guān)數(shù)據(jù)，總結(jié)出應(yīng)用于汽車車身板的成品板材的性能要求：（a）T4(p)狀態(tài)下屈服強(qiáng)度：90140MPa抗拉強(qiáng)度：220285MPa延伸率（總）:20%; n值：0.27（拉伸應(yīng)變硬化指數(shù)）r值：0.65（0）（塑性應(yīng)變比） 0.40（45） 0.55（90）（b）預(yù)變形2%+烘烤后屈服強(qiáng)度：160260MPa用于汽車車身板的鋁合金主要有2000 系、5000 系和 6000 系合金 ，從汽車車身所需材料及其加工特性來(lái)看，2000 系和 5000 系主要用做汽車覆蓋件的內(nèi)

7、板，而 6000 系主要用于汽車覆蓋件的外板 。通常使用 5000 系列和 6000 系列鋁合金汽車板替換傳統(tǒng)鋼板鋁材型號(hào)化學(xué)名稱適用汽車部位特性主要使用型號(hào)2000系A(chǔ)12Cu2Mg骨架部分，座椅部分 2000系合金是一種熱處理可強(qiáng)化的鋁合金，具有優(yōu)良的鍛造性、 較高的強(qiáng)度和良好的焊接性能，很好的烘烤強(qiáng)化效應(yīng)，但其抗腐蝕性則比其他系列的鋁合金差。2036、 20225000系A(chǔ)12Mg 蒙皮部分，車門部分，底板部分，內(nèi)飾部分 5000系合金是一種熱處理不可強(qiáng)化的鋁合金，具有良好的抗腐蝕性和焊接性能，但退火狀態(tài)下在加工變形時(shí)可能產(chǎn)生呂德斯線和延遲屈服，因此主要用于車身內(nèi)板等形狀復(fù)雜的部位。HA

8、NV5138-O、X5085-O、50836000系A(chǔ)12Mg2Si車門部分，底板部分，座椅部分 6000系合金屬于熱處理可強(qiáng)化鋁合金，具有較高的強(qiáng)度、較好的塑性和優(yōu)良的耐腐蝕性。與鋼板相比，6000系2T4態(tài)板材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相近，硬化系數(shù)甚至超過(guò)鋼板。6009、6010、6111、6181A、6016二、汽車用鋁特性2.3、汽車用鋁材型號(hào)應(yīng)用部位 汽車車體用鋁合金國(guó)際牌號(hào)和化學(xué)成分（質(zhì)量%）合金SiFeCuMnMgCrZnTiAl20360.50.52.23.00.10.40.30.60.10.250.15Rem20370.50.51.42.20.10.40.30.80.10.250

9、.15Rem20380.51.30.60.81.80.10.40.41.00.20.50.15Rem50230.250.40.20.50.25.06.20.10.250.1Rem51820.20.350.150.20.54.05.00.10.250.1Rem57540.40.40.10.52.63.60.30.20.15Rem60090.61.00.50.150.60.20.80.40.80.10.250.1Rem60100.81.20.50.150.60.20.80.61.00.10.250.1Rem61110.61.10.40.50.90.10.450.51.00.10.150.1Rem6

10、0161.01.50.50.20.20.250.60.10.20.1Rem60220.81.50.050.20.010.110.020.10.450.70.10.250.15Rem2.4、應(yīng)用于汽車車身的6系和5系鋁合金對(duì)比如前所述，鋁合金汽車車身板材主要有6系和5系合金，典型牌號(hào)有6016、6111、6022、6181、5052、5182、5754等鋁合金；轎車用鋁板厚度規(guī)格一般為0.72.0mm左右。（1） 6系A(chǔ)l-Mg-Si (-Cu)合金 Al-Mg-Si-(Cu) 系合金由于具有較高的強(qiáng)度及較好的成形性能而廣泛應(yīng)用于汽車面板等領(lǐng)域。對(duì)這類合金的要求，是在烤漆前具有較好的塑性及在烤漆

11、過(guò)程中具有較高的沉淀硬化能力，即具有較高的烤漆硬化響應(yīng)。Al-Mg-Si-(Cu)合金是可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，具有成形性好、耐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度高和較好的耐高溫等性能。鋁合金汽車車身板材料，除上述幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)外，主要考慮該類板材在沖壓成形后經(jīng)油漆烘烤強(qiáng)度會(huì)提高，具有烤漆硬化能力。此外，Al-Mg-Si合金T4態(tài)板材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度與鋼板相近，n值超過(guò)鋼板。（2）5系鋁合金 5系鋁合金（ Al-Mg系合金）是不可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，具有中等強(qiáng)度、耐蝕性好、較好的加工性能及良好的焊接性能等特點(diǎn)。 在Al-Mg系合金中，Mg固溶于鋁基體中，形成固溶強(qiáng)化效應(yīng)使該合金在強(qiáng)度、成形性能和抗腐蝕性等具有普通碳鋼板

12、的優(yōu)點(diǎn)，可用于汽車內(nèi)板等形狀復(fù)雜的部位。 但Al-Mg系合金板材在室溫放置后，在拉伸時(shí)容易出現(xiàn)Luders伸長(zhǎng)，沖壓成形后表面起皺，影響外觀質(zhì)量；延展性和彎曲能力也會(huì)由于Fe含量的增加而惡化，經(jīng)歷烤漆容易出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。 Al-Mg系合金用作汽車車身板的缺點(diǎn)：延遲屈服和勒德斯線。當(dāng)晶粒尺寸100m時(shí)，板材易出現(xiàn)“桔皮效應(yīng)”。 鋁合金和冷軋鋼板力學(xué)性能和沖壓成形性能鋁合金型號(hào)總伸長(zhǎng)率/均伸長(zhǎng)率/n值r值杯突深度值/mm180彎曲半徑R2022-T426200.250.639.61t2117-T425200.250.598.61t2036-T424200.230.759.11t2037-T42520

13、0.240.79.41t2038-T425_0.260.75_1/2t5182-O26190.330.89.92t5182-SSF24190.310.679.72tX5082-O30200.30.66_1t6009-T425200.230.79.71/2t6010-T524190.220.79.11t6111-T427.522_8.41/2t6016-T428.124.60.260.7_深沖鋼42.220.20.231.3911.90注：t-板材厚度三、鋼板與鋁合金板材等強(qiáng)度計(jì)算鋁合金板取代鋼板后，為滿足沖壓件的使用性能，必須 對(duì)其進(jìn)行等強(qiáng)度計(jì)算。彎曲剛度和強(qiáng)度是衡量板材的重要指標(biāo)，為了能夠達(dá)

14、到鋁代鋼后，產(chǎn)品性能滿足使用要求，本文通過(guò)對(duì)鋁合金板厚度的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)，厚度計(jì)算 過(guò)程如下：(1)當(dāng)以彎曲剛度來(lái)判斷汽車結(jié)構(gòu)件性能時(shí)，鋁合金板和鋼板的厚度比按下式計(jì)算：（鋼板選擇的是 DX54D，鋁合金板選擇的是 5754）tAl /tS = (ES /EAl)1/3tAl 鋁板的厚度， mm；tS 鋼板的厚度， mm；ES 鋼的彈性模量， MPa；EAl 鋁的彈性模量， Mpa；零件名稱鋼板厚度mm板質(zhì)量kg鋁板厚度mm板質(zhì)量kg輕量化率發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板0.758.513.954%發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板0.7510.4714.554%輕量比實(shí)例1/2ES=210Gpa ，Eal=61Gpa tAl/tS =

15、(ES/EAl)1/3=1.5(2)當(dāng)采用彎曲強(qiáng)度作為判據(jù)時(shí)，鋁合金板和鋼板的厚度比按式 (4-2)計(jì)算： tAl /tS = (S / Al)1/2 式中： S 鋼板的屈服強(qiáng)度， MPa；Al 鋁板的屈服強(qiáng)度， MPa。s =184.4MPa， Al =116.9MPa。（原鋼板的材料是 DX54D，鋁合金板選擇的是 5754）由公式 (4-2)得：tAl / tS = (S / Al) 1/2 =1.26則鋁合金板厚度為：tAl =1.26tS =1.260.7 = 0.88mm取 tAl =max1.05，0.88=1.05mm。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際中板料的規(guī)格厚度，取tAl為 1mm，即鋁合金

16、板代替鋼板之后厚度由0.7mm增加到1mm。鑄錠軋制成薄板并進(jìn)行固溶處理 沖壓 烤漆 板材生產(chǎn)廠汽車生產(chǎn)廠2周以上（運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)）四、 鋁合金車身板的生產(chǎn)過(guò)程4.2、鋁加工廠生產(chǎn)ABS 板、帶材的典型工藝流程示意圖4.3、汽車廠用ABS 制造AVT 車身工藝流程示意圖4.4、ABS全連續(xù)生產(chǎn)線示意圖6系鋁合金板材加工過(guò)程中的組織演變?cè)俳Y(jié)晶熱軋冷軋傳熱熔體五、板材的表面處理表面處理的目的（1）有利于吸附潤(rùn)滑劑，很好地沖壓成形；（2）增強(qiáng)板材與油漆的結(jié)合，形成牢固的漆層；（3）易于后續(xù)加工。表面處理過(guò)程：MF/EDT/EBT+清洗（堿洗+酸洗）+轉(zhuǎn)化處理+潤(rùn)滑堿洗：限于槽洗；酸洗：硫酸+磷酸+氫氟酸

17、，濃度5%，酸洗溫度：5070；化學(xué)轉(zhuǎn)化涂層：鉻化膜：性能好，但有毒； 鋯/鈦類轉(zhuǎn)化膜：Alodine類、Garbond類、Envirox類； 陽(yáng)極氧化涂層：薄的阻擋層，和化學(xué)法相當(dāng)，導(dǎo)電，可以焊接；厚些的阻擋層+多空層。、潤(rùn)滑：板材要沖壓成三維部件，因此，板材均經(jīng)過(guò)預(yù)潤(rùn)滑。部件沖壓是汽車生產(chǎn)的第一階段，在安裝、焊接、車身噴漆之前）。潤(rùn)滑劑：采用工業(yè)油，主要在北美使用，這和軋制面Mill Finish表面聯(lián)合使用。干潤(rùn)滑膜：蠟類型潤(rùn)滑劑，主要在歐洲使用，這和粗毛化的各向同性表面紋理（如EDT）聯(lián)合使用干潤(rùn)滑膜優(yōu)勢(shì)：增加深沖性能；對(duì)于難加工部件，使用較多的潤(rùn)滑劑；運(yùn)輸及存儲(chǔ)過(guò)程中更穩(wěn)定；裝卸更容易；聯(lián)接及噴漆工藝的相容性與潤(rùn)滑油的一致。缺點(diǎn)：需要根據(jù)不同模具設(shè)計(jì)采用不同的潤(rùn)滑劑；在