淺談新能源汽車鋁合金沖壓輕量化技術(shù)

1、淺談新能源汽車鋁合金沖壓輕量化技術(shù)摘要：汽車車身輕量化技術(shù)的研究發(fā)展是推動汽車節(jié)能、減排的關(guān)鍵。鋁合 金材料沖壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)汽車車身輕量化的重要課題，可實(shí)現(xiàn)約2/3的減重，對于 汽車輕量化、市場的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。關(guān)鍵詞：鋁合金；新能源汽車；沖壓件；輕量化；模具0引言隨著汽車能源的不斷開發(fā)與消耗，全球動力燃油資源日益枯竭。在當(dāng)今發(fā)動 機(jī)動力技術(shù)提升難度h益加大、動力電池效率不高的背景下，燃油車與新能源動 力汽車白車身沖壓零部件輕量化技術(shù)成為行業(yè)一項(xiàng)共性的研發(fā)技術(shù)。鋁合金是一 種具有優(yōu)良性能的輕型材料，也是整個汽車行業(yè)輕量化技術(shù)研究運(yùn)用及產(chǎn)業(yè)化生 產(chǎn)的必選材料。目前，整個白車身重量占汽車總重

2、量的38%左右，對于降低汽車 能耗而言，整個口車身輕量化技術(shù)起著至關(guān)重要的作用?？梢栽O(shè)想，當(dāng)汽車車身 重量減少其自身重量的1/2時，所有類型的燃油汽車或新能源汽車的驅(qū)動裝置耍 比原來?。ㄝp），能源消耗同樣比原來要少（或跑的更遠(yuǎn)），這時動力能源體積 又可以針對市場需求優(yōu)化減小。當(dāng)汽車車身輕量化達(dá)到一定的階段，汽車車身的 各部件都會跟著減小、減輕。1汽車輕量化技術(shù)發(fā)展的背景及意義伴隨著我國汽車智能現(xiàn)代化的進(jìn)程，整個汽車工業(yè)的研究、開發(fā)及生產(chǎn)的發(fā) 展，汽車產(chǎn)業(yè)己成為我國經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。據(jù)2005-2017年中國汽車 市場銷量及增長走勢（圖1） , 2017年我國汽車產(chǎn)量達(dá)到2888萬輛，同2

3、016 年相比増加了 30%,成為世界第一大汽車生產(chǎn)國。截至目前，我國汽車保有量達(dá) 到2. 32億輛。汽車輕量化，是在確保汽車安全行駛的條件下，保證汽車各部位 的受力強(qiáng)度，通過優(yōu)化汽車整體重量提高汽車行駛的高效動力能力，促使動力能 源與執(zhí)行機(jī)構(gòu)減小，減少燃料消耗，降低排氣污染。當(dāng)今我國汽車燃油價格不斷 上漲、新能源電池的價格水漲船高，車體輕量化已成為整個汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢。 當(dāng)前，汽車行業(yè)發(fā)展面臨三大問題：汽車燃油消耗，尾氣排放是否符合國家環(huán)保 標(biāo)準(zhǔn)要求，汽車受外力的強(qiáng)度能否確保汽車行駛安全。對這些問題，全球都在重 視并制定了相應(yīng)的能源和環(huán)保法規(guī)，并針對出現(xiàn)的問題不斷提出優(yōu)化改進(jìn)措施。 輕量化

4、技術(shù)研究通過減輕汽車整體重量降低燃油消耗、減少排放。有關(guān)數(shù)據(jù)研究 表明，若汽車整體重量減少20%,汽車燃油效率可提高12%16%；若車橋、變速 器等聯(lián)合滾動機(jī)構(gòu)阻力減少20%,汽車燃油效率可提高7%。此外，車輛每減重 100kg, c02排放量可減少5g/kmo因此可見，汽車輕量化技術(shù)的特點(diǎn)就是降低燃 油消耗，這對于節(jié)約能源、減少廢氣排放、實(shí)現(xiàn)我國汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展十分重 要。汽車白車身重量占整車重量的38%,汽車空運(yùn)行狀態(tài)下，約72%的燃油消耗 都用在白車身重量上，因此汽車輕量化減重，對提高經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全等因素至 關(guān)重要。輕量化在車輛行駛及操控的穩(wěn)定性意義上的碰撞與安全性能上的提升相 當(dāng)滿

5、意。輕量化鋁合金材料對沖撞能量的吸收，又提高了汽車行駛碰撞的安全性。 以降低能源消耗、降低排放污染等為出發(fā)點(diǎn)，汽車輕量化研究技術(shù)一直為創(chuàng)新沖 壓工藝、制造技術(shù)而不斷探索。2鋁合金材料在新能源汽車車身上的應(yīng)用鋁合金材料的牌號依據(jù)非鋁元素的種類與含量的不同，分為10009000共9 大系列。新能源汽車車身用鋁合金材料主要包括：銅元素含量最高、硬度較高的 2000系列，主含鎂元素、又稱“鎂鋁合金”的5000系列，鎂硅含量高、抗腐蝕 和抗氧化性能好的6000系列，新能源汽車車身的不同受力部位采用不同系列型 號的板材、型材、管材及高性能壓鑄鋁等鋁合金材料。新能源汽車車身共分為4 大區(qū)：骨架。車身受力最大

6、的部位，采用2000系或7000系材料，可熱處理強(qiáng) 化。外板。車身次受力部位，采用5000系或6000系材料。車門。采用5000 系或6000系材料。地板。采用5000系或6000系材料。3鋁合金沖壓工藝cae應(yīng)用分析隨著科技的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，沖壓產(chǎn)品的多樣化、復(fù)雜化趨勢不可避免。針 對這-復(fù)雜的技術(shù)工程，技術(shù)人員都希望在沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)前有精確的模擬、分析 和直觀的論證。這些工作借助cae應(yīng)用分析軟件得以實(shí)現(xiàn)，cae(computcraidedenginecring,計(jì)算機(jī)輔助工程分析)是對口車身沖壓件的設(shè) 計(jì)、分析、數(shù)據(jù)管理、模擬試驗(yàn)、沖壓運(yùn)行仿真及制造的工藝設(shè)計(jì)過程。針對沖 壓產(chǎn)品的性能進(jìn)行

7、設(shè)計(jì)和優(yōu)化評價，以便在多個方案中找到最佳設(shè)計(jì)。汽車白車 身沖壓件開裂、反彈、起皺、冋彈補(bǔ)償、拉伸變薄等分析是沖壓模具工藝設(shè)計(jì)數(shù) 據(jù)的重要來源。反彈、變薄、起皺、拉裂是模具沖壓件生產(chǎn)過程常見的缺陷，尤 其在零件沖壓拉伸深度深與機(jī)床壓邊力大小失控時出現(xiàn)。因此在產(chǎn)品沖壓之前的 模具設(shè)計(jì)、cae工藝分析尤為重要。通過產(chǎn)品沖壓cae應(yīng)用工藝分析，不但能準(zhǔn) 確計(jì)算出材料拉伸成型時的板料流動情況、材料分布變薄的數(shù)據(jù)，還能判斷產(chǎn)品 沖壓件的開裂與變薄，生產(chǎn)中降低報廢率。傳統(tǒng)零件的成型性分析只能依靠設(shè)計(jì) 人員的經(jīng)驗(yàn)、評估來判斷產(chǎn)品沖壓模具設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的可行性，造成后續(xù)開發(fā)過程 中會出現(xiàn)很多問題?？赏ㄟ^ecr設(shè)計(jì)優(yōu)

8、化更改產(chǎn)品的型而轉(zhuǎn)角來消除開裂、變薄。 新能源汽車沖壓模具的設(shè)計(jì)，cae沖壓可成型性分析對工藝方案的確定非常重 要，直接關(guān)系到后續(xù)模具的開發(fā)，也是縮短模具開發(fā)周期的關(guān)鍵。4鋁合金產(chǎn)品沖壓模具研發(fā)注意事項(xiàng)4. 1拉伸類模具裝配研發(fā)注意事項(xiàng)(1) 拉伸模工作型而拋光要光潔細(xì)膩，表而鍍硬銘或td (thermaldiffusioncarbidecoatingprocess,熱擴(kuò)散碳化物涂層工藝)處理。(2) 模具拉伸型面處硬度要求：外板270hrc,內(nèi)板255hrc。(3)拉伸筋工藝 補(bǔ)充較多，拉伸筋采用圓筋，拉伸筋r角比鋼件大。(4)鋁件的滑移線在圓角 上即合格，要求w18mm。(5)壓料圈著色優(yōu)

9、于鋼件。(6)拋光鋼件的砂紙最高 可以是1000#,鋁件一般需要達(dá)到2000#砂紙的光潔度。4.2翻邊、整形、成形類模具裝配注意事項(xiàng)(1) 翻邊壓料寬度(2025) mmo (2)翻邊間隙為板料厚度的95%。(3) 鋁件翻邊對鑲塊要求較高，鑲塊表面不能有砂眼、氣孔，表面光潔度高，不能有 明顯劃痕，否則易產(chǎn)生料屑(尤其是r角處)。4.3修邊、沖孔、落料類模具刃口與間隙裝配注意事項(xiàng)(1)在鋁件廢料刀處采用斷開筋結(jié)構(gòu)，以減少料屑。(2)刃口合入嘗試5伽 左右，刃口基準(zhǔn)深度8伽】。(3)采用沉臺階凸模，以減少料屑。(4)修邊盡量 減少廢料刀，同時考慮刀的鋒利程度。(5)鋁件修邊、沖孔、落料間隙略大于

10、鋼件，鋁件：(10%12%) x料厚。(6)壓料板著色寬度(1015) mmo5鋁合金產(chǎn)品沖壓注意事項(xiàng)鋁合金具有質(zhì)量輕、較軟、防火性佳、加工工藝性好、色彩可選性廣、裝飾 效果極佳、易于回收、利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但沖壓時易產(chǎn)生頂傷、壓傷、刮傷、變 形，牛產(chǎn)中需要注意的事項(xiàng)：(1)沖壓時遵循人、機(jī)、料、法、環(huán)全面質(zhì)量控 制與管理的理論依據(jù)。也是確保產(chǎn)品質(zhì)量的5個主要因素。(2)原材料檢查。 鋁合金板料牌號、規(guī)格、尺寸，雙面貼膜是否完好無損。(3)開平作業(yè)。按工 藝作業(yè)指導(dǎo)書，剪切所需要的材料尺寸及規(guī)格。(4)確認(rèn)各工序沖壓模具與沖 壓產(chǎn)品規(guī)格是否對應(yīng)，檢查導(dǎo)向、刃口、型腔、沖頭、斜器等部位是否有損壞情

11、 況，并記錄在模具履歷表上。(5)各工序產(chǎn)品沖壓。根據(jù)沖壓工藝作業(yè)指導(dǎo)書, 實(shí)施各工序的沖壓，并與每道工序樣件對比沖壓狀態(tài)。(6)首件產(chǎn)品確認(rèn)。檢 查首件沖壓產(chǎn)品，用3坐標(biāo)按工藝作業(yè)指導(dǎo)書檢查每項(xiàng)檢測點(diǎn)，做好首件全檢記 錄，確認(rèn)產(chǎn)甜符合率。(7)沖壓過程巡檢。巡檢員按各工序生產(chǎn)的工序件檢查 沖壓狀態(tài)，在工序件上做巡檢符號，在巡檢記錄按每批(3050)件檢查記錄一 次沖壓狀況。(8)沖壓成品檢驗(yàn)。將成品件放在檢具上，定位夾緊后，以每100 件/次檢查沖壓的產(chǎn)品符合率狀況，做好批量沖壓件檢查記錄，確認(rèn)產(chǎn)品滿足符 合率情況。(9)外觀檢查。將沖壓成品件依次去除貼膜，檢查產(chǎn)品外觀，確認(rèn) 主要部位完好無

12、損，總體質(zhì)量符合要求時，再放入專用盛具內(nèi)，掛上檢查合格標(biāo) 簽。(10)表面處理。外表面氧化著色處理，跟據(jù)表面著色工藝要求，處理達(dá)到 相應(yīng)的顏色，放入專用盛具內(nèi)，存放到防塵車間，用pp膜封裝整個盛具外表， 防止灰塵進(jìn)入影響表面品質(zhì)。(11)物流入庫。確認(rèn)數(shù)量與產(chǎn)品相對應(yīng)后入庫， 做好erp (enterpriseresourceplanning,企業(yè)資源計(jì)劃)數(shù)據(jù)錄入工作，確認(rèn) 入庫數(shù)據(jù)與發(fā)貨數(shù)據(jù)，等待發(fā)貨。6結(jié)語隨著輕量化技術(shù)的應(yīng)用，汽車在提高外觀造型美觀性的同時還能有出色的節(jié) 能表現(xiàn)。汽車輕量化技術(shù)包括4個方面的研究：整體車身從厚的普板向薄的高 強(qiáng)度合金板轉(zhuǎn)變；整體車身從鋼板(密度高)向高分子塑料件(密度低)轉(zhuǎn)變; 整體車身從鋼結(jié)構(gòu)向鋁合金等材料的轉(zhuǎn)變；新型能源動力的開發(fā)與研究。因 此，車身變輕對于整車的燃油消耗、節(jié)能減排、車輛控制的穩(wěn)定性、提高行車碰 撞安全性都有很大的優(yōu)越性。汽車輕量化是未來汽車在節(jié)能環(huán)保，降低污染等方 面的重要發(fā)展方向。鋁合金作為典型的輕型材料越來越被行業(yè)認(rèn)可，全鋁化車身 是未來汽車輕量化發(fā)展的一種趨勢。參考文獻(xiàn)1 李永兵，陳長年，郎利輝，謝暉.汽車鋁車身關(guān)鍵制造技術(shù)研究j汽 車工藝與材料，2013 (3) : 50-58.2 許自立，翟海朋，王浩.鋁合金在汽車上的應(yīng)用中國科技博覽，2014(3) :