铝车身冲压工艺--资材篇20160730

铝车身冲压工艺---资材篇目录一、铝合金基本知识1.1轻量化的必然性1.2汽车轻量化的主要对象1.3铝合金的特点1.4、铝合金分类二、汽车用铝材简介2.1性能参数介绍2.2性能要求2.3、汽车用铝材型号应用部位2.4、应用于汽车车身的6系和5系铝合金对比三、钢板与铝合金板材等强度计算四、铝合金车身板的生产过程五、板材的表面处理一、铝合金基础知识1.1轻量化的必然性汽车质量每减轻１%，可节省燃料消耗0.6％~1.0%；车辆每减重100kg，CO2排放量可减少约5g/km，在轿车中每使用1kg铝，可在其使用寿命期内减少20kg尾气排放；汽车尾气排放与油耗成正相关；现有汽车越来越高级化，附加装置也越来越多。同样使得轻量化成了必然。1.2汽车轻量化的主要对象发动机、底盘、车身及内外装占轿车总质量的比例较大,减重潜力也较大。轿车车身是轿车中重量较大的部件，约占汽车总重量的30％，所以车身的铝化举足轻重。1.3铝合金的特点：铝的密度小（2.7g/cm³），约为钢（7.8g/cm³）的1/3。用铝合金代钢铁可减重50%左右,由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜（钝化），所以耐蚀性好。铝有较好的铸造性，由于铝的融化温度低，流动性好，易于制造各种复杂形状的零件。铝中加入一种或几种元素后即构成铝合金，铝合金相对于纯铝可以提高强度和硬度，除固溶强化外，有些铝合金还可以热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa。导热率和导电率是钢的3倍。名称发动机底盘（除传动系）车身传动系内装外装其他质量比例（%）10~1519~2420~285~1020~258~131.4、铝合金分类组别牌号系列纯铝（铝含量不小于99%）1×××以铜为主要合金元素的铝合金2×××以锰为主要合金元素的铝合金3×××以硅为主要合金元素的铝合金4×××以镁为主要合金元素的铝合金5×××以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金6×××以锌为主要合金元素的铝合金7×××以其他元素为主要合金元素的铝合金8×××备用合金组9×××根据合金元素和加工工艺特性，可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。铝合金牌号划分二、汽车用铝材简介种类屈服极限(N/mm2)拉伸强度(N/mm2)延伸率(%)平均延伸率(%)硬度HVn值r值1100-031953830240.290.851100-H2413914213450.853003-0401073329300.210.673003-H141571695490.070.53004-0621772522480.280.713004-H2417521598760.120.715052-01072132422520.320.745052-H242122691310800.131.055182-01252643128260.310.615182-H242733501110910.130.756061-04512530250.280.666061-T41972712420640.20.74冷轧钢板1812984623450.212汽车的铝合金一般采用热处理型6000系列和非热处理型5000系列，其中5038和5183是汽车车身最常用的型号。经试验得出R值对铝合金板冲压成型影响不明显2.1性能参数介绍对汽车用铝合金板材的性能要求是：除有满足标准和规范的力学性能与耐蚀性之外，还应具有如下的性能：第一，良好的成形性能、较低的屈强比以及较高的成形极限。第二，表面光滑。第三，良好的焊性能。为了满足汽车零部件焊接加工的工艺性能要求，铝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，优良的表面处理和涂装性能。第七，一定的抗时效稳定性能。单向拉伸性能分析2.2性能要求欧洲与北美汽车覆盖件用铝情况综合相关数据，总结出应用于汽车车身板的成品板材的性能要求：（a）T4(p)状态下屈服强度：90~140MPa抗拉强度：220~285MPa延伸率（总）:≥20%;n值：≥0.27（拉伸应变硬化指数）r值：≥0.65（0°）（塑性应变比）≥0.40（45°）≥0.55（90°）（b）预变形2%+烘烤后屈服强度：160~260MPa用于汽车车身板的铝合金主要有2000系、5000系和6000系合金，从汽车车身所需材料及其加工特性来看，2000系和5000系主要用做汽车覆盖件的内板，而6000系主要用于汽车覆盖件的外板。通常使用5000系列和6000系列铝合金汽车板替换传统钢板铝材型号化学名称适用汽车部位特性主要使用型号2000系A12Cu2Mg骨架部分，座椅部分2000系合金是一种热处理可强化的铝合金，具有优良的锻造性、较高的强度和良好的焊接性能，很好的烘烤强化效应，但其抗腐蚀性则比其他系列的铝合金差。2036、20225000系A12Mg蒙皮部分，车门部分，底板部分，内饰部分5000系合金是一种热处理不可强化的铝合金，具有良好的抗腐蚀性和焊接性能，但退火状态下在加工变形时可能产生吕德斯线和延迟屈服，因此主要用于车身内板等形状复杂的部位。HANV5138-O、X5085-O、50836000系A12Mg2Si车门部分，底板部分，座椅部分6000系合金属于热处理可强化铝合金，具有较高的强度、较好的塑性和优良的耐腐蚀性。与钢板相比，6000系2T4态板材的屈服强度和抗拉强度相近，硬化系数甚至超过钢板。6009、6010、6111、6181A、6016二、汽车用铝特性2.3、汽车用铝材型号应用部位汽车车体用铝合金国际牌号和化学成分（质量%）合金SiFeCuMnMgCrZnTiAl20360.50.52.2~3.00.1~0.40.3~0.60.10.250.15Rem20370.50.51.4~2.20.1~0.40.3~0.80.10.250.15Rem20380.5~1.30.60.8~1.80.1~0.40.4~1.00.20.50.15Rem50230.250.40.2~0.50.25.0~6.20.10.250.1Rem51820.20.350.150.2~0.54.0~5.00.10.250.1Rem57540.40.40.10.52.6~3.60.30.20.15Rem60090.6~1.00.50.15~0.60.2~0.80.4~0.80.10.250.1Rem60100.8~1.20.50.15~0.60.2~0.80.6~1.00.10.250.1Rem61110.6~1.10.40.5~0.90.1~0.450.5~1.00.10.150.1Rem60161.0~1.50.50.20.20.25~0.60.10.20.1Rem60220.8~1.50.05~0.20.01~0.110.02~0.10.45~0.70.10.250.15Rem2.4、应用于汽车车身的6系和5系铝合金对比如前所述，铝合金汽车车身板材主要有6系和5系合金，典型牌号有6016、6111、6022、6181、5052、5182、5754等铝合金；轿车用铝板厚度规格一般为0.7~2.0mm左右。（1）6系Al-Mg-Si(-Cu)合金Al-Mg-Si-(Cu)系合金由于具有较高的强度及较好的成形性能而广泛应用于汽车面板等领域。对这类合金的要求，是在烤漆前具有较好的塑性及在烤漆过程中具有较高的沉淀硬化能力，即具有较高的烤漆硬化响应。Al-Mg-Si-(Cu)合金是可热处理强化的铝合金，具有成形性好、耐蚀性强、强度高和较好的耐高温等性能。铝合金汽车车身板材料，除上述几个优点外，主要考虑该类板材在冲压成形后经油漆烘烤强度会提高，具有烤漆硬化能力。此外，Al-Mg-Si合金T4态板材的屈服强度和抗拉强度与钢板相近，n值超过钢板。（2）5系铝合金5系铝合金（Al-Mg系合金）是不可热处理强化的铝合金，具有中等强度、耐蚀性好、较好的加工性能及良好的焊接性能等特点。在Al-Mg系合金中，Mg固溶于铝基体中，形成固溶强化效应使该合金在强度、成形性能和抗腐蚀性等具有普通碳钢板的优点，可用于汽车内板等形状复杂的部位。但Al-Mg系合金板材在室温放置后，在拉伸时容易出现Luders伸长，冲压成形后表面起皱，影响外观质量；延展性和弯曲能力也会由于Fe含量的增加而恶化，经历烤漆容易出现软化现象。Al-Mg系合金用作汽车车身板的缺点：延迟屈服和勒德斯线。当晶粒尺寸＞100μm时，板材易出现“桔皮效应”。铝合金和冷轧钢板力学性能和冲压成形性能铝合金型号总伸长率σ/％均伸长率σ/％n值r值杯突深度值/mm180°弯曲半径R2022-T426200.250.639.61t2117-T425200.250.598.61t2036-T424200.230.759.11t2037-T425200.240.79.41t2038-T425_0.260.75_1/2t5182-O26190.330.89.92t5182-SSF24190.310.679.72tX5082-O30200.30.66_1t6009-T425200.230.79.71/2t6010-T524190.220.79.11t6111-T427.522__8.41/2t6016-T428.124.60.260.7__深冲钢42.220.20.231.3911.90注：t---板材厚度三、钢板与铝合金板材等强度计算铝合金板取代钢板后，为满足冲压件的使用性能，必须对其进行等强度计算。弯曲刚度和强度是衡量板材的重要指标，为了能够达到铝代钢后，产品性能满足使用要求，本文通过对铝合金板厚度的改变来实现，厚度计算过程如下：(1)当以弯曲刚度来判断汽车结构件性能时，铝合金板和钢板的厚度比按下式计算：（钢板选择的是DX54D，铝合金板选择的是5754）tAl/tS=(ES/EAl)1/3tAl——铝板的厚度，mm；tS——钢板的厚度，mm；ES——钢的弹性模量，MPa；EAl——铝的弹性模量，Mpa；零件名称钢板厚度mm板质量kg铝板厚度mm板质量kg轻量化率发动机罩外板0.758.513.954%发动机罩内板0.7510.4714.554%轻量比实例1/2ES=210Gpa，Eal=61GpatAl/tS=(ES/EAl)1/3=1.5(2)当采用弯曲强度作为判据时，铝合金板和钢板的厚度比按式(4-2)计算：tAl/tS=(σS/σAl)1/2式中：σS——钢板的屈服强度，MPa；σAl——铝板的屈服强度，MPa。σs=184.4MPa，σAl=116.9MPa。（原钢板的材料是DX54D，铝合金板选择的是5754）由公式(4-2)得：tAl/tS=(σS/σAl)1/2=1.26则铝合金板厚度为：tAl=1.26tS=1.26×0.7=0.88mm取tAl=max{1.05，0.88}=1.05mm。根据生产实际中板料的规格厚度，取tAl为1mm，即铝合金板代替钢板之后厚度由0.7mm增加到1mm。铸锭轧制成薄板并进行固溶处理冲压烤漆板材生产厂汽车生产厂2周以上（运输、仓储）四、铝合金车身板的生产过程4.2、铝加工厂生产ABS板、带材的典型工艺流程示意图4.3、汽车厂用ABS制造AVT车身工艺流程示意图4.4、ABS全连续生产线示意图6系铝合金板材加工过程中的组织演变再结晶热轧冷轧传热熔体五、板材的表面处理表面处理的目的（1）有利于吸附润滑剂，很好地冲压成形；（2）增强板材与油漆的结合，形成牢固的漆层；（3）易于后续加工。表面处理过程：MF/EDT/EBT+清洗（碱洗+酸洗）+转化处理+润滑碱洗：限于槽洗；酸洗：硫酸+磷酸+氢氟酸，浓度＜＜5%，酸洗温度：50~70℃；化学转化涂层：铬化膜：性能好，但有毒；锆/钛类转化膜：Alodine类、Garbond类、Envirox类；阳极氧化涂层：薄的阻挡层，和化学法相当，导电，可以焊接；厚些的阻挡层+多空层。、润滑：板材要冲压成三维部件，因此，板材均经过预润滑。部件冲压是汽车生产的第一阶段，在安装、焊接、车身喷漆之