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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)是實現(xiàn)汽車車身輕量化的重要課題,可實現(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)動機動力技術(shù)提升難度日益加大、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量的38%左右,對于降低汽車能耗而言,整個白車身輕量化技術(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)動裝置要比原來小(輕),能源消耗同樣比原來要少(或跑的更遠),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)已成為我國經(jīng)濟的重要支柱產(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)量達到2888萬輛,同2016年相比增加了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)化改進措施。輕量化技術(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,CO2排放量可減少5g/km。因此可見,汽車輕量化技術(shù)的特點就是降低燃油消耗,這對于節(jié)約能源、減少廢氣排放、實現(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、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,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1000~9000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):①骨架。車身受力最大的部位,采用2000系或7000系材料,可熱處理強化。②外板。車身次受力部位,采用5000系或6000系材料。③車門。采用5000系或6000系材料。④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。針對這一復(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)用分析軟件得以實現(xiàn),CAE(ComputerAidedEngineering,計算機輔助工程分析)是對白車身沖壓件的設(shè)計、分析、數(shù)據(jù)管理、模擬試驗、沖壓運行仿真及制造的工藝設(shè)計過程。針對沖壓產(chǎn)品的性能進行設(shè)計和優(yōu)化評價,以便在多個方案中找到最佳設(shè)計。汽車白車身沖壓件開裂、反彈、起皺、回彈補償、拉伸變薄等分析是沖壓模具工藝設(shè)計數(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、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)計人員的經(jīng)驗、評估來判斷產(chǎn)品沖壓模具設(shè)計及生產(chǎn)的可行性,造成后續(xù)開發(fā)過程中會出現(xiàn)很多問題。可通過ECR設(shè)計優(yōu)化更改產(chǎn)品的型面轉(zhuǎn)角來消除開裂、變薄。新能源汽車沖壓模具的設(shè)計,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
4.1拉伸類模具裝配研發(fā)注意事項
(1)拉伸模工作型面拋光要光潔細膩,表面鍍硬鉻或TD(ThermalDiffusionCarbideCoatingProcess,熱擴散碳化物涂層工藝)處理。(2)模具拉伸型面處硬度要求:外板≥70HRC,內(nèi)板≥55HRC。(3)拉伸筋工藝補充較多,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≤18mm。(5)壓料圈著色優(yōu)于鋼件。(6)拋光鋼件的砂紙最高可以是1000#,鋁件一般需要達到2000#砂紙的光潔度。
4.2翻邊、整形、成形類模具裝配注意事項
(1)翻邊壓料寬度(20~25)mm。(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
(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5mm左右,刃口基準(zhǔn)深度8mm。(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、落料間隙略大于鋼件,鋁件:(10%~12%)×料厚。(6)壓料板著色寬度(10~15)mm。
5鋁合金產(chǎn)品沖壓注意事項
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,但沖壓時易產(chǎn)生頂傷、壓傷、刮傷、變形,生產(chǎn)中需要注意的事項:(1)沖壓時遵循人、機、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。檢查首件沖壓產(chǎn)品,用3坐標(biāo)按工藝作業(yè)指導(dǎo)書檢查每項檢測點,做好首件全檢記錄,確認產(chǎn)品符合率。(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(30~50)件檢查記錄一次沖壓狀況。(8)沖壓成品檢驗。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,確認主要部位完好無損,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,防止灰塵進入影響表面品質(zhì)。(11)物流入庫。確認數(shù)量與產(chǎn)品相對應(yīng)后入庫,做好ERP(EnterpriseResourcePlanning,企業(yè)資源計劃)數(shù)據(jù)錄入工作,確認入庫數(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:①整體車身從厚的普板向薄的高強度合金板轉(zhuǎn)變;②整體車身從鋼板(密度高)向高分子塑料件(密度低)轉(zhuǎn)變;③整體車身從鋼結(jié)構(gòu)向鋁合金等材料的轉(zhuǎn)變;④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
[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):320-320.
[3]戶取征二郎,高魁源.日本鋁合金車輛的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢[J].國外鐵道車輛,2002,39(2):7-11.
[4]張少華.鋁合金在汽車上應(yīng)用的進展[J].汽車工業(yè)研究.2003.(3):35-37.
[5]趙金升,苑雪雷,谷龍.淺談鋁合金沖壓工藝[J].沖模制造.2015(11):24-25.
[6]張生林.一種智能控制的新能源電池箱[P].中國ZL201710618083.4.2017-07-26
作者:張生林 單位:南京天河汽車零部件股份有限公司