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铝合金型材在汽车上的应用

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铝合金型材在汽车上的应用

发布日期:2019-11-10 作者: 点击:

0  引言

随着现代汽车制造业的不断发展,汽车制造材料更加强调安全性、美观性以及可回收性且要实现轻量化。而铝合金凭借其密度小、耐腐蚀性好等优良性能,且铝合金的塑性优良,铸、锻、冲压工艺均使用,逐渐成为现代汽车制造业的宠儿。铝合金在现代汽车制造业的应用十分广泛,其在汽车的诸多部件中都有应用,并取得了良好的效果。有资料表明,用铝合金结构代替传统结构钢,可使汽车减轻30%-40%。本文主要是研究了铝合金挤压型材在汽车车身上的应用。


1     铝合金材料的特点

由于铝的质量轻,约为钢的1/3,熔点低(660℃),延展性和流动性好,易于加工,可制造各种复杂的零部件。另外铝的表面与空气中的氧气形成致密而稳定的氧化膜,从而使铝具有良好的抗腐蚀性能。通过在纯铝中加入其它元素能过大大的提高强度和硬度,除固溶强化外,有些铝合金还可以热处理强化,使有些合金的抗拉强度可超过600MPa


2     铝合金在汽车中的应用分类及其选材

2.1   铝合金在汽车身上的应用分类

当前,用于汽车制造业的铝合金主要分为两种:一种是变形铝合金,另一种则是铸造铝合金。其中,汽车车身上的铝合金多以变形铝合金为主,主要有型材、箔材、板材、锻件等。

2.2    车身用铝选材

2.2.1   选材的一般介绍

车身结构铝合金挤压材常用合金除60636061外,美系、日系、欧系有所不同,美系以美铝、加铝(必拓)开发和运用成熟的合金为主,主要有6005A7003等,日系以昭和电工、古河电工、神户铝业、住友、日轻工开发的合金为主,主要有6N017N017005等,欧系则主要以海德鲁、萨帕铝业开发的合金为主,主要有60826013

总体来说,车身材用到大多数中等强度或中等偏高6系各类合金,及部分低等级的7系合金。

6系最常用的AA6060,AA6063, AA6008, AA6005A, AA6061,和AA6082中的9种商用合金,前面是一些传统合金,后面是一些Mg/Si优化过的新合金。MgSi含量见2图,画有Mg/Si1/12/1两条线,6061接近传统Mg2Si平衡状态2/1AA6008GP6060,GP6063则位于两条线中间,成份接近Mg/Si等于1/1

3    车身结构件对铝合金挤压型材的性能要求

3.1   具有适当的强度和刚度

    在汽车上用铝合金,主要需求为替代钢铁、实现轻量化。结构整体强度需要达到轻量化后汽车使用需求。根据中国汽车轻量化线路图近期(2016-2020)提出的要求,AHSS级高强钢强度目标值600MPa

3.2    具有较好的抗疲劳性能

   由于汽车长时间、长距离使用,结构件不可能更换,铝合金耐疲劳性质显得十分重要。

3.3   耐腐蚀性

因为表面防腐工艺的采用,汽车部品不害怕外界环境腐蚀,但是材料因通过多道次冷加工、连接,形成的应力腐蚀、电化学腐蚀对汽车产品使用寿命和安全性造成巨大影响。如日系汽车、高铁曾主流使用7N01材料,后来全部改用6N01,就是因为抗腐蚀性引起的。


4.  汽车车身结构的弯加工

目前,在汽车工业中,铝合金的型材主要用于汽车防撞梁、脚踏板和顶棚行李架等安全部件,而引人关注的是铝合金型材框架的车身结构,且越来越受到广泛的应用,这些零件的特点是将直型材弯曲到最终要求的复杂形状,并满足尺寸精确、硬度达标等要求。传统成形工艺一般采用绕弯、滚湾、拉湾和压弯等弯曲方法,下面主要从旋转拉曲、滚轮弯曲、拉伸弯曲以及挤过弯曲等方法进行对比简略的介绍汽车车身结构件的弯加工。


4.1.1旋转拉曲法

对简单的断面形状进行二维弯曲时,加工精度与生产效率高。这种方法的材料送入速度与模具旋转时的拉伸速度的均衡对变形的影响很大。

4.1.2滚轮弯曲

多用于加工大型断面形状的型材。弯曲半径很小时,或要求高精度时,可边调整滚轮位置边对材料进行重复加工。相同的滚轮多用于加工断面尺寸不同的型材的型材,模具费比较低,但加工精度及生产效率不高,所以不适于大批量生产。

4.1.3   拉伸弯曲法

因模具费用高在成本方面不占优势,但有变形的自由度高及加工精度高等优点。

4.1.4    挤过弯曲法

同拉伸弯曲法相比加工精度稍差,但在生产成本方面有利,已得到广泛使用。

4.1.5   型材弯曲成形的常见缺陷及预防

同板材弯曲一样,回弹是车身型材传统冷弯成形工艺不能回避的一个问题,也是影响车身型材成形精度重要的因素,现有的工艺很难完全消除,它主要变现整体卸载回弹和局部卸载回弹,形成的主要一下两个方面:

(1)  型材弯曲成形后其截面上内外层材料应力分布不均匀,内外层材料受的应   力状态相反,如滚弯,绕弯成形;或者内外层材料的应力大小不均一,如拉弯成形;同时型材内外层材料进入塑性状态而中心材料仍处于弹性状态,弯曲力矩卸载后型材会产生回弹;

(2)  塑性变形区的材料中总是伴有弹性变形区,所以型材弯曲成形时,即使型材整个截面全部材料进入塑性状态,卸载之后,塑形变形区中的弹性变形部分立即恢复,导致回弹的产生。

回弹是影响、制约模具设计和产品质量的重要因素。在实际弯曲成形过程中,为了减小回弹对弯曲精度的影响,通过反复试模、修模或数值模拟技术确定型材弯曲的回弹量,再通过模具补偿使弯曲出来的型材达到所需要的精度。除弯曲回弹外,弯曲过程中一些外观上的缺陷也影响着型材的弯曲成形质量。这些缺陷的产生与型材的弯曲能力有关。弯曲能力是指型材被弯曲成没有缺陷、具有一定曲率和角度的难易程度,它是由型材的弯曲工艺、几何尺寸、弯曲程度和材料性能所决定的。但型材,特别是空心和半空心型材,在弯曲过程中存在很多易产生的缺陷,这严重制约了产品的应用,如何有效地解决这些问题,是完善弯曲工艺的一个重要方面。这些缺陷表现主要在a起皱;b扭转;c横截面的变形;d弯曲后型材外层和内层的壁厚不一致;e外层破裂和内层塌陷等


4.2铝合金车身及钢铝混合车身的连接工艺

根据轻量化车身材料的特点、零部件选择位置的差异,相应的焊接技术也有所不同,目前比较常用的铝合金焊接技术有自冲铆连接(SPR)、热熔直钻(FFS)、铝点焊、冷金属过渡技术(CMT)、焊接机器人、激光焊接技术及金属粘结技术等。


  结语

汽车工业中,零件的轻量化和高强度对于汽车的节能降耗、提高安全系数有显著作用。铝合金因为具有良好的成型性能和较好的强度、耐腐蚀性且成本低等优点,被越来越多地应用到车身中。随着科技的不断进步,提高汽车用铝量,实现车身轻量化,已经成为当今汽车制造业不可或缺的一个选择。




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关键词:检验检测,标正检测,铝合金型材

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