林海
广州日弘机电有限公司
摘要：随着科学技术的不断发展，各种先进的技术已经被投入汽车企业的生产中来，给车辆的性能带来了极大的提升，其中一个十分重要的工艺技术就是铝板在车身外覆盖件冲压生产中的应用，但其还有些许内容与传统工艺技术存在着不同。
关键词：铝板；钢板；车身外覆盖件；模具设计；冲压生产
引言
随着节能减排及环保要求的提升，汽车轻量化的需求高涨。研究表明，汽车每减轻10%的质量，相当于提高8%～10%的燃油效率。铝合金板材具有质量轻、强度高、抗腐蚀性能好的特点，广泛用于汽车轻量化制造。铝的密度是2.7g/cm3，是钢铁密度的1/3左右，以铝板厚度为钢板厚度的1.44倍为例，减重效果可达到50%。铝合金板材性价比效果明显，铝合金板材在汽车覆盖件方面的应用正在逐步扩大，是汽车轻量化的有效手段。
1铝板料垛的板料分析
1.1气刀分张
目前铝板分张采用较为普遍的是气刀分张。高压压缩空气通过气刀，吹向板料边缘，强大的气流把最上面的1~2张板料吹开。压缩空气气压越高、流量越大，对板料的吹力越大。因此一般使用8~10bar的压缩空气。由于压机线一般使用6bar以下的压缩空气，所以需要为气刀单独配置空压机。为保证给气刀稳定提供高压大流量压缩空气，最好在靠近气刀的位置设置蓄能器，以满足气刀瞬间大流量的要求。蓄能器到气刀的气管，必须考虑所有气刀全部打开时的极限流量需求，否则气刀使用数量过多时，压降过大，造成气刀吹力下降，影响分张效果。为了节省能源，每个气刀采用独立的电磁阀进行控制。这样每一个气刀是否使用、拆垛过程中何时打开、何时关闭都可以通过参数进行控制。气刀的设计也有多种，常见的有长条形和圆形。长条形工作范围区域大，但能耗增加，压降大，适合不能精确寻找最上面一张板料的应用，如传统拆垛小车采用液压方式升降，小车每10mm左右顶起一次，寻找最上面一张板料的位置，由于拆垛小车不能精确控制最上面一张板料的位置，必须采用工作范围很宽的长条形气刀。圆形气刀作用区域小，气流集中，气压降小，能耗少。但由于作用区域小，要求气嘴精准对着最上面一张板料上，因此铝板拆垛小车多使用电机精确控制小车升降。
1.2机械分张
由于气刀分张能耗高，且需要独立的高压系统，设备投资高，近几年出现了锯齿形机械分张装置。和气刀相比，锯齿分张效率高，能耗小，但由于铝板材料很软，锯齿和板料接触过程中，容易产生碎屑，造成产品表面质量缺陷。因此，使用机械分张必须配置在线清洗机，以保证板料的清洁度。由于锯齿机械分张装置很难和磁性分张器集成在一起，同时对钢板的分张效果不如磁性分张器，因此锯齿机械分张装置应用较少。
2铝板成型冲压模具设计中的关键控制点
2.1拉延、成型类模具设计要点
由于铝板的成型性能远不如钢板，铝板的延伸率低、塑性差、材质偏软、弹性模量低，因此在成型类模具的设计的过程中主要需要考虑如下几点：铝板延伸率比钢板要小，允许变形量比钢板小，因此铝板更加容易开裂，建议产品设计时的R角及拔模角要比钢板放大一些，从产品的设计开发上杜绝产品开裂的现象。铝板的塑性较差，在冲压成型的过程中比钢板更容易起皱，对于深度较大的拉延件，在产品的侧壁处尽可能增加吸皱凸包或凸筋，从工艺设计上解决产品的褶皱问题。铝板材质比钢板偏软，因此对成型类模具的表面粗糙度要求较高，成型类模具的表面都建议进行镀铬处理，从工装的设计开发上提升产品质量。铝板的弹性模量比钢板要低，仅为钢板的1/3，导致铝板的回弹要比钢板大3倍，因此对铝板成型回弹的控制也就显得尤为重要。
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2.2修冲类模具设计要点
铝板因其具有质量轻材质软等特性，在修冲类模具生产时经常会产生铝屑，如不加控制会对零件表面产生压伤，造成产品外观质量缺陷。针对铝屑可在工艺和模具辅助装置上对其进行优化处理。工艺上可在设计时考虑修边冲孔的角度要尽可能做小，尽可能采用正冲孔工艺，可极大地减小铝屑的产生概率。
3汽车铝板市场的发展
汽车铝板的需求和产能加速增长。现在，已建立足够多的连续热处理(CHT)和精整线，能满足欧洲目前的需求。为了满足未来的需求，还需要建设多条热处理和精整线。北美洲的情况与欧洲类似。已经建成的连续热处理和精整生产线的产能大致能满足福特、通用和克莱斯勒新增的需求。诺贝丽斯和美铝希望继续垄断北美市场，并继续投资新建热处理和精整线。用于汽车车身结构和内门板的AA5754和AA5182铝板将会进行批量热处理，以释放连续热处理生产线产能。连续热处理生产线将主要用于生产AA6xxx汽车铝板，这类铝板将继续垄断市常连续热处理和精整线产能的衔接很可能被重新考虑。发展趋势是，精整线的产能更人，运行速度更快。在生产AA6xxx铝板时，使用连续热处理生产线，而多用炉用于生产AA5xxx铝板，同时，一条高速精整线与之配套。今后，将重点考虑在速度更快的精整线上进行快速清洗和预处理。
4铝板冲压生产的关键控制点
4.1成摞板材拆分
在铝板自动化生产过程中，由于铝板材料本身并不具备磁性特性，在生产过程中成摞铝板拆分成为生产的技术难点。铝板拆分问题不仅会造成冲压生产停机对生产效率产生严重影响的情况，严重时会引发模具双量酿成严重生产事故造成模具损坏，给企业带来巨大的经济损失。在逐步推进铝板自动化生产发展过程中，如何解决铝板拆分问题成为其中的研究重点所在。在目前的铝板拆分过程中有多种不同的拆分方法，其中比较普遍的方法是吹气式拆分装置，但随着铝板在越来越多的领域中有了广泛的应用，压机供应商可以在新设计的自动化冲压生产线中配备吹气拆分装置，将铝板拆分纳入自动化生产线中，实现自动快速的拆分铝板。但在自动化生产线中铝板拆分过程中如果使用吹气拆分装置，需要精准和有效地选择吹气模式、吹气压力值等，只有在符合要求的基础之上才能够保证铝板的拆分效果，否则就无法达到预期铝板拆分目标。
4.2产品的检验及返修
从刚度性能来说钢板冲压件的刚度要远高于铝板冲压度，铝板冲压件相对偏软。在开展零件检验过程中为了保证铝板冲压件整体完整性，需要注意轻拿轻放。而铝板冲压件对于表面光滑度要求非常高，其表面检验方法和钢性冲压件之间具备一定的相似性，目视检验、触摸检验、油石检验等几种不同的方法都能够运用到铝板冲压件的表面检验中。但在使用触摸检验和油石检验过程中，为避免检验方法对冲压件表面造成破坏，所施加的压力需要湿度，避免使用过大压力造成零件出现变形。在产品检验过程中检验部门可以根据零件型面打造专用的打磨样架，保证产品检验质量和产品检验效率。由于受到铝板冲压零件刚度低的影响，冲压件无法单件返修，在实际生产过程中无法保证零件全部符合实际需求，通常来说可以对冲压单件上的缺陷进行保留，并将其在总成零件上进行合并之后进行翻修。
结语
尽管目前我国铝板冲压处于刚起步阶段，仍然存在不少问题，随着材料科技的发展，在专业人才的进一步推动下，我国的铝板冲压生产技术一定能够进一步优化，推动冲压行业的进步，推动我国汽车制造业的进步。
参考文献
[1]谢晖，刘翔，王诗恩，等.时效硬化对6021-T4铝板成形性影响及冲压工艺稳健设计[J].塑性工程学报，2016，23（1）：21-26.
[2]闫辉.汽车车身轻量化材料的应用研究[J].机械研究与应用，2013（1）：140-142.
论文作者:林海
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
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