鋁合金的特點(diǎn)及性能優(yōu)勢(shì)使其成為當(dāng)今汽車輕量化的首選材料之一。鋁合金板材的成型特點(diǎn)及在車身應(yīng)用中沖壓工藝、焊裝工藝、涂裝工藝各環(huán)節(jié)中的技術(shù)應(yīng)用，針對(duì)我國(guó)汽車沖壓鋁板材的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行研究分析，同時(shí)對(duì)我國(guó)汽車在鋁合金使用過(guò)程中出現(xiàn)的工藝問(wèn)題提出了一些解決措施和建議。
隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展及我國(guó)在能源、環(huán)保和安全三方面越來(lái)越嚴(yán)厲的要求下，由于提高汽車的輕量化能夠有效節(jié)約油耗和減少排量，鋁合金板材在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。鋁具有密度小、質(zhì)量輕、成型加工性好、可以重復(fù)回收利用、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，加上可以提高汽車行駛性能和安全舒適性能、降低燃油的消耗、減少排放和減輕對(duì)環(huán)境的污染有顯著的作用，因此，鋁合金被公認(rèn)為是未來(lái)汽車的理想材料之一。
鋁合金在汽車車身上的應(yīng)用
目前，全世界耗鋁量的12%～15%以上用于汽車工業(yè)，有些發(fā)達(dá)國(guó)家已超過(guò)25%。2002年，整個(gè)歐洲汽車工業(yè)1年消耗了 150萬(wàn)t以上的鋁合金，其中約 25萬(wàn)t用于車身制造，80萬(wàn)t 用于汽車傳動(dòng)系制造，另外有42. 8萬(wàn)t 用于制造汽車行駛機(jī)構(gòu)和懸掛機(jī)構(gòu)?？梢钥闯?，汽車制造工業(yè)已成為最重要的鋁材料消費(fèi)大戶。沖壓鋁制板材在汽車車身上的應(yīng)用，如圖1所示。
圖1 鋁板材在汽車車身上的應(yīng)用
鋁合金沖壓板材在沖壓上的工藝要求
鋁合金板材成型及模具工藝要求
經(jīng)調(diào)研，鋁合金的成型工藝與普冷板一致，可以通過(guò)增加工序減少?gòu)U料刀使用量，降低鋁屑產(chǎn)生，但其模具要求與普冷板存在差異，表1示出沖壓鋁板材對(duì)模具的特殊要求。
表1 鋁板模具要求
鋁合金板材長(zhǎng)期保管注意事項(xiàng)
1）鋁板材失效硬化的后屈服強(qiáng)度上升，包邊加工性降低模具制作時(shí)，考慮使用滿足規(guī)格要求的上限材料，生產(chǎn)前進(jìn)行可行性確認(rèn)；
2）用于生產(chǎn)的拉延油/防銹油容易揮發(fā)，板料包裝打開后應(yīng)立即使用，或在沖壓前進(jìn)行清洗涂油；
3）表面容易氧化，不可露天放置，必須進(jìn)行特殊管理（包裝）。
鋁合金沖壓板件在焊接上的工藝要求
焊裝鋁合金車身過(guò)程中的主要工藝有電阻焊、CMT 冷過(guò)渡焊接、鎢極氬弧焊、鉚接、沖連及打磨拋光等。
鋁合金板件無(wú)鉚連接工藝
鋁板件無(wú)鉚連接是通過(guò)壓力設(shè)備和專用模具將 2 層或多層金屬板件冷擠壓成型，然后形成一個(gè)具有一定抗拉和抗剪強(qiáng)度的內(nèi)部鑲嵌連接點(diǎn)。連接板件厚度可以相同或不同，可以有膠粘層或者其他中間層，材質(zhì)可以相同或不同。連接效果好，不需要輔助連接件。
鋁合金件沖鉚連接工藝
鋁板件沖鉚連接，如圖2所示，是使用沖鉚設(shè)備，將沖鉚鉚釘壓入被連接材料，形成一個(gè)穩(wěn)定、牢靠、美觀的連接點(diǎn)。
圖2 沖鉚連接過(guò)程
沖鉚連接工藝的特點(diǎn)
1）高強(qiáng)度，鎖鉚連接點(diǎn)的抗剪、抗拉動(dòng)態(tài)疲勞強(qiáng)度，抗沖擊性能都高于或等于點(diǎn)焊連接點(diǎn)的強(qiáng)度；
2）可以目測(cè)連接質(zhì)量。鉚釘完全打入工件中，同時(shí)在連接工件的另一側(cè)形成了一個(gè)凸出的接點(diǎn)，即認(rèn)為是合格；
3）被連接材料無(wú)需事先鉆孔，工藝簡(jiǎn)單；
4）連接點(diǎn)是密封的，不會(huì)進(jìn)入氣、液，造成材料腐蝕；
5）對(duì)金屬、非金屬，不同材質(zhì)、不同厚度、不同強(qiáng)度的金屬都可以連接。
電阻焊接
目前，鋁合金的電阻焊一般采用中頻或高頻電阻焊工藝，該種焊接工藝只在焊鉗電極直徑大小范圍內(nèi)，且在極短的時(shí)間內(nèi)融化母材金屬而形成熔池，焊點(diǎn)迅速冷卻形成連接，產(chǎn)生鋁鎂粉塵的可能性極小。產(chǎn)生的焊接煙塵大多是金屬表面和表面雜質(zhì)的氧化物顆粒。焊接過(guò)程中都配有工位局部排風(fēng)，能及時(shí)將這些顆粒通過(guò)風(fēng)筒排到大氣中，基本不會(huì)產(chǎn)生鋁鎂粉塵的沉積。
CMT 冷過(guò)渡焊接和氬弧焊
這 2 種焊接工藝，由于有不活潑氣體的保護(hù)，在高溫下，其融化金屬與氧氣的接觸不充分，在電弧的射流作用下，能夠產(chǎn)生顆粒度較小的鋁鎂金屬顆粒，并飛濺到工作環(huán)境中，形成鋁鎂粉塵的沉積，存在鋁鎂粉塵爆炸的危險(xiǎn)性，需要做粉塵爆炸的預(yù)防及處理工作。
鋁合金沖壓板件在輥邊上的工藝要求
1）鋁合金輥邊壓合與普冷板輥邊壓合區(qū)別很大，鋁的韌性不如鋼，在壓合的時(shí)候壓合力不能過(guò)大，壓合速度相對(duì)較慢，一般為 200～250 mm/s,每次壓合角度不能大于 30°，不可 V 形壓合；
2）鋁合金壓合對(duì)溫度要求：在 20 室溫下進(jìn)行，剛從冷庫(kù)中取回的零件不宜馬上進(jìn)行輥邊壓合。
鋁合金沖壓板件輥邊形式及特點(diǎn)
鋁合金沖壓板材輥邊形式
1）普通壓合分為首次預(yù)壓合、二次預(yù)壓合、終壓合3 步。通常運(yùn)用于沒(méi)有特殊強(qiáng)度要求和外板法蘭邊角度正常的情況下；
2）歐式壓合，如圖 3 所示，分為首次預(yù)壓合、二次預(yù)壓合 終壓合 歐式壓合 4 步通常運(yùn)用于長(zhǎng)邊壓合， 內(nèi)，零件被槽內(nèi)所有的工作溶液反復(fù)沖刷。所有槽均配、如前蓋和后蓋。為了減輕或消除表面缺陷也可以運(yùn)用歐式壓合。
圖 3 歐式壓合包邊工藝
鋁合金沖壓板材輥邊特點(diǎn)
鋁件壓合設(shè)備的底模和鑲塊，用 800～1200# 的砂紙，定期對(duì)底模和鑲塊進(jìn)行拋光保養(yǎng)，保證表面不會(huì)有鋁屑。
鋁件輥邊造成缺陷的各種原因
鋁件輥邊造成缺陷的各種原因，如表 2 所示。
表2 鋁件輥邊造成缺陷的各種原因
鋁合金沖壓板件在涂裝上的工藝要求
鋁合金沖壓板件水洗鈍化原理與作用
水洗鈍化指在脫掉鋁件表面自然形成的氧化膜及油污，并通過(guò)鋁合金與酸性溶液之間的化學(xué)反應(yīng)，在工件表面包裹一層致密的氧化膜。沖壓后鋁件表面的氧化膜、油污焊接及涂膠均會(huì)產(chǎn)生影響，為了提高膠與焊縫的附著度，需要借助化學(xué)工藝保持其表面的長(zhǎng)效粘合連接和電阻穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)更好焊接。因此，凡是需要激光釬焊、冷金屬過(guò)渡焊接（CMT)等焊接的零件都需要進(jìn)行水洗鈍化。
鋁合金沖壓板件水洗鈍化工藝流程
水洗鈍化設(shè)備由脫脂區(qū)、工業(yè)水洗區(qū)、鈍化區(qū)、清水清洗區(qū)、烘干區(qū)和進(jìn)排氣系統(tǒng)組成。需處理的鋁零件被裝入清洗籃，固定后降入水槽，在盛有不同溶劑的槽通常運(yùn)用于長(zhǎng)邊壓合， 內(nèi)，零件被槽內(nèi)所有的工作溶液反復(fù)沖刷。所有槽均配有循環(huán)泵及噴嘴，這是為了保證槽液能均勻地沖刷所有零件。水洗鈍化工藝流程為：脫脂 1→脫脂 2→水洗2→水洗 3→鈍化→水洗 4→水洗 5→水洗 6→烘干，鋁鑄件可省略水洗 2。
鋁合金沖壓板件水洗鈍化烘干工藝
1）零件溫度從室溫升到 140的時(shí)間約 7 min，膠硬化的最短時(shí)間為 20 min。
2）鋁件由室溫升至保溫溫度約 10 min，鋁的保溫時(shí)間約 20 min，鋁件自保溫溫度到零件溫度 100的冷卻時(shí)間約 7 min，保溫結(jié)束后，冷卻至室溫，因此，鋁件整體的烘干過(guò)程為 37 min。
結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)代汽車正朝著輕量化、高速、安全舒適、低成本、低排放與節(jié)能的方向發(fā)展, 汽車工業(yè)的發(fā)展是與能源、環(huán)保和安全三方面緊密聯(lián)系在一起的。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，鋁合金板材在成本、制造技術(shù)、機(jī)械性能、可持續(xù)發(fā)展等方面具有其他輕量化材料無(wú)可比擬的優(yōu)越性, 因此，鋁合金將成為汽車工業(yè)中的首選輕量化材料。
