鋁車(chē)身沖壓工藝--資材篇20160730

1、鋁車(chē)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(chē)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(lèi) 二、汽車(chē)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(chē)用鋁材型號(hào)應(yīng)用部位 2.4、應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)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(chē)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)一、鋁合金基礎(chǔ)知識(shí) 1.1 1.1 輕量化的必然性輕量化的必然性 汽車(chē)質(zhì)量每減輕%，可節(jié)省燃料消耗0.61.0%； 車(chē)輛每減重100 kg，COCO2 2排放量可減少約5 g/km，在轎車(chē)中每使用1 kg鋁，可在

2、其使用壽命期內(nèi)減少20 kg尾氣排放； 汽車(chē)尾氣排放與油耗成正相關(guān)； 現(xiàn)有汽車(chē)越來(lái)越高級(jí)化，附加裝置也越來(lái)越多。同樣使得輕量化成了必然。 1.2 1.2 汽車(chē)輕量化的主要對(duì)象汽車(chē)輕量化的主要對(duì)象 發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、車(chē)身及內(nèi)外裝占轎車(chē)總質(zhì)量的比例較大,減重潛力也較大。轎車(chē)車(chē)身是轎車(chē)中重量較大的部件，約占汽車(chē)總 重量的30，所以車(chē)身的鋁化舉足輕重。 1.3 1.3 鋁合金的特點(diǎn)：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)

3、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，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(chēng)名稱(chēng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 底盤(pán)（除傳動(dòng)底盤(pán)（除傳動(dòng) 系）系） 車(chē)身車(chē)身傳動(dòng)系傳動(dòng)系內(nèi)裝外裝內(nèi)裝外裝其他其他 質(zhì)量比例（%）1015192420285102025813 1.41.4 、鋁合金分類(lèi)鋁合金分類(lèi) 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

4、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(lèi)。 鋁合金牌號(hào)劃分 二、汽車(chē)用鋁材簡(jiǎn)介二、汽車(chē)用鋁材簡(jiǎn)介 種類(lèi)屈服極限(N/mm2) 拉伸強(qiáng)度(N/mm2)延伸率(%)平均延伸率(%)硬度HVn值r值 1100-031953830240.290.85 1100-H2413914213450.85 3003-0401073329300.210.67 3003-H141571695490.070.5 3004-0621772522480.280

5、.71 3004-H2417521598760.120.71 5052-01072132422520.320.74 5052-H242122691310800.131.05 5182-01252643128260.310.61 5182-H242733501110910.130.75 6061-04512530250.280.66 6061-T41972712420640.20.74 冷軋鋼板1812984623450.212 汽車(chē)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(chē)車(chē)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 2

6、.1 性能參數(shù)介紹性能參數(shù)介紹 對(duì)汽車(chē)用鋁合金板材的性能要求是：除有滿(mǎn)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(mǎn)足汽車(chē)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。 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 2.2 性能要求性能要求 歐洲與北美汽車(chē)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(chē)車(chē)身板的成品板材的性能要求： （a）T4(p)狀態(tài)下 屈服強(qiáng)度：90140M

7、Pa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(chē)車(chē)身板的鋁合金主要有2000 系、5000 系和 6000 系合金 ，從汽車(chē)車(chē)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(chē)覆蓋件的內(nèi)板，而 6000 系主要用于汽車(chē)覆蓋件的外板 。通常使用 5000 系列和 6000 系列鋁 合金汽車(chē)板替換傳統(tǒng)鋼板 鋁材型號(hào) 化學(xué)名稱(chēng)適用汽車(chē)部位特性主要使用型號(hào) 2000系A(chǔ)12Cu2Mg 骨架部分，座 椅部分

8、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、 2022 5000系A(chǔ)12Mg 蒙皮部分，車(chē) 門(mén)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(xiàn)和延遲屈服，因此主要用于車(chē)身內(nèi)板等形狀復(fù)雜的 部位。 HANV5138-O、X5085-O、 5083 6000系A(chǔ)12Mg2Si 車(chē)門(mén)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

9、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(chē)用鋁特性 2.32.3、汽車(chē)用鋁材型號(hào)應(yīng)用部位、汽車(chē)用鋁材型號(hào)應(yīng)用部位 汽車(chē)車(chē)體用鋁合金國(guó)際牌號(hào)和化學(xué)成分（質(zhì)量%） 合金SiFeCuMnMgCrZnTiAl 20360.50.52.23.00.10.40.30.60.10.250.15Rem 20370.50.51.42.20.10.40.30.80.10.250.15Rem 20380.51.30.60.81.80.10.40.41.00.20.50.15Rem 50230.250.

10、40.20.50.25.06.20.10.250.1Rem 51820.20.350.150.20.54.05.00.10.250.1Rem 57540.40.40.10.52.63.60.30.20.15Rem 60090.61.00.50.150.60.20.80.40.80.10.250.1Rem 60100.81.20.50.150.60.20.80.61.00.10.250.1Rem 61110.61.10.40.50.90.10.450.51.00.10.150.1Rem 60161.01.50.50.20.20.250.60.10.20.1Rem 60220.81.50.050.

11、20.010.110.020.10.450.70.10.250.15Rem 2.42.4、應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身的、應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身的6 6系和系和5 5系鋁合金對(duì)比系鋁合金對(duì)比 如前所述，鋁合金汽車(chē)車(chē)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(chē)用鋁板厚度規(guī)格一般為0.72.0mm左右。 （1 1） 6 6系系A(chǔ)l-Mg-SiAl-Mg-Si (-Cu)合金合金 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(chē)面板等領(lǐng)域。對(duì)這類(lèi)合金的要求， 是在烤漆前具有較好的塑性及在烤漆過(guò)程中具有較高的沉

12、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(chē)車(chē)身板材料，除上述幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)外，主要考慮該類(lèi)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 2）5 5系鋁合金系鋁合金 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

13、通碳鋼 板的優(yōu)點(diǎn)，可用于汽車(chē)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(chē)車(chē)身板的缺點(diǎn)：延遲屈服和勒德斯線(xiàn)。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R 2022-T426200.250.639.61t 2117-T425200.250.598.61t 2036-T

14、424200.230.759.11t 2037-T425200.240.79.41t 2038-T425_0.260.75_1/2t 5182-O26190.330.89.92t 5182-SSF24190.310.679.72t X5082-O30200.30.66_1t 6009-T425200.230.79.71/2t 6010-T524190.220.79.11t 6111-T427.522_8.41/2t 6016-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)算三、鋼板與鋁合金板材等強(qiáng)度計(jì)算 鋁

15、合金板取代鋼板后，為滿(mǎn)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)到鋁代鋼后，產(chǎn)品性能滿(mǎn)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(chē)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)1/3 tAl 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(chēng)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.

16、513.954% 發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板0.7510.4714.554% 輕量比實(shí)例輕量比實(shí)例 1/2 ES=210Gpa ，Eal=61Gpa tAl/tS =(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

17、 =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(chǎng)板材生產(chǎn)廠(chǎng)汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng) 2 2周以上周以上 （運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)）（運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)） 四、四、 鋁合金車(chē)身板的生產(chǎn)過(guò)程鋁合金車(chē)身板的生產(chǎn)過(guò)程 4.24.2、鋁、鋁加工廠(chǎng)生產(chǎn)加工廠(chǎng)生產(chǎn)ABS ABS 板、帶材的典型工藝流程示板、帶材的典型工藝流程示 意圖意圖 4.34.3、汽車(chē)廠(chǎng)、汽車(chē)廠(chǎng)用用ABS ABS 制造制造AVT AVT 車(chē)身工藝

18、流程示意車(chē)身工藝流程示意 圖圖 4.44.4、ABSABS全連續(xù)生產(chǎn)線(xiàn)示意圖全連續(xù)生產(chǎn)線(xiàn)示意圖 6 6系鋁合金系鋁合金板材加工過(guò)程中的組織演變板材加工過(guò)程中的組織演變 再結(jié)晶 熱軋 冷軋 傳熱熔體 五、板材五、板材的表面處理的表面處理 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。 表面處理表面處理過(guò)程：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，濃度5%，酸洗溫度：5070； 化學(xué)轉(zhuǎn)化涂層化學(xué)轉(zhuǎn)化涂層：鉻化膜：鉻化膜：性能好，但有毒； 鋯鋯/ /鈦類(lèi)轉(zhuǎn)化膜鈦類(lèi)轉(zhuǎn)化膜：Alodine類(lèi)、Garbond類(lèi)、Envirox類(lèi)； 陽(yáng)極氧化陽(yáng)