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图1 铝板材在汽车车身上的应用  
 

二、铝合金冲压板材在冲压上的工艺要求

1.铝合金板材成型及模具工艺要求

    经调研, 铝合金的成型工艺与普冷板一致, 可以通过增加工序减少废料刀使用量, 降低铝屑产生, 但其模具要求与普冷板存在差异, 表1示出冲压铝板材对模具的特殊要求。
 

表1 铝板模具要求    

2.铝合金板材长期保管注意事项

    1)铝板材失效硬化的后屈服强度上升, 包边加工性降低模具制作时, 考虑使用满足规格要求的上限材料, 生产前进行可行性确认;
    2)用于生产的拉延油/防锈油容易挥发, 板料包装打开后应立即使用, 或在冲压前进行清洗涂油;
    3)表面容易氧化, 不可露天放置, 必须进行特殊管理 (包装) 。

三、铝合金冲压板件在焊接上的工艺要求

    焊装铝合金车身过程中的主要工艺有电阻焊、CMT冷过渡焊接、钨极氩弧焊、铆接、冲连及打磨抛光等。

1.铝合金板件无铆连接工艺

    铝板件无铆连接是通过压力设备和专用模具将2层或多层金属板件冷挤压成型, 然后形成一个具有一定抗拉和抗剪强度的内部镶嵌连接点。连接板件厚度可以相同或不同, 可以有胶粘层或者其他中间层, 材质可以相同或不同。连接效果好, 不需要辅助连接件。

2.铝合金件冲铆连接工艺

    铝板件冲铆连接, 如图2所示, 是使用冲铆设备, 将冲铆铆钉压入被连接材料, 形成一个稳定、牢靠、美观的连接点。
 

图2 冲铆连接过程 

    冲铆连接工艺的特点:
    1)高强度, 锁铆连接点的抗剪、抗拉动态疲劳强度, 抗冲击性能都高于或等于点焊连接点的强度;
    2)可以目测连接质量。铆钉完全打入工件中, 同时在连接工件的另一侧形成了一个凸出的接点, 即认为是合格;
    3)被连接材料无需事先钻孔, 工艺简单;
    4) 连接点是密封的, 不会进入气、液, 造成材料腐蚀;
    5) 对金属、非金属, 不同材质、不同厚度、不同强度的金属都可以连接。

3.电阻焊接

    目前, 铝合金的电阻焊一般采用中频或高频电阻焊工艺, 该种焊接工艺只在焊钳电极直径大小范围内, 且在极短的时间内融化母材金属而形成熔池, 焊点迅速冷却形成连接, 产生铝镁粉尘的可能性极小。产生的焊接烟尘大多是金属表面和表面杂质的氧化物颗粒。焊接过程中都配有工位局部排风, 能及时将这些颗粒通过风筒排到大气中, 基本不会产生铝镁粉尘的沉积。

4.CMT冷过渡焊接和氩弧焊

    这2种焊接工艺, 由于有不活泼气体的保护, 在高温下, 其融化金属与氧气的接触不充分, 在电弧的射流作用下, 能够产生颗粒度较小的铝镁金属颗粒, 并飞溅到工作环境中, 形成铝镁粉尘的沉积, 存在铝镁粉尘爆炸的危险性, 需要做粉尘爆炸的预防及处理工作。

四、铝合金冲压板件在辊边上的工艺要求

    1)铝合金辊边压合与普冷板辊边压合区别很大, 铝的韧性不如钢, 在压合的时候压合力不能过大, 压合速度相对较慢, 一般为200~250 mm/s, 每次压合角度不能大于30°, 不可V形压合;
    2)铝合金压合对温度要求:在20℃室温下进行, 刚从冷库中取回的零件不宜马上进行辊边压合。

五、铝合金冲压板件辊边形式及特点

1.铝合金冲压板材辊边形式

    1)普通压合分为首次预压合、二次预压合、终压合3步。通常运用于没有特殊强度要求和外板法兰边角度正常的情况下;
    2)欧式压合, 如图3所示, 分为首次预压合、二次预压合、终压合、欧式压合4步。通常运用于长边压合, 如前盖和后盖。为了减轻或消除表面缺陷也可以运用欧式压合。
 

图3 欧式压合包边工艺   

2.铝合金冲压板材辊边特点

    铝件压合设备的底模和镶块, 用800~1200#的砂纸, 定期对底模和镶块进行抛光保养, 保证表面不会有铝屑。

六、铝件辊边造成缺陷的各种原因

    铝件辊边造成缺陷的各种原因, 如表2所示。
 

表2 铝件辊边造成缺陷的各种原因     

七、铝合金冲压板件在涂装上的工艺要求

1.铝合金冲压板件水洗钝化原理与作用

    水洗钝化指在脱掉铝件表面自然形成的氧化膜及油污, 并通过铝合金与酸性溶液之间的化学反应, 在工件表面包裹一层致密的氧化膜。冲压后铝件表面的氧化膜、油污焊接及涂胶均会产生影响, 为了提高胶与焊缝的附着度, 需要借助化学工艺保持其表面的长效粘合连接和电阻稳定, 实现更好焊接。因此, 凡是需要激光钎焊、冷金属过渡焊接 (CMT) 等焊接的零件都需要进行水洗钝化。

2.铝合金冲压板件水洗钝化工艺流程

    水洗钝化设备由脱脂区、工业水洗区、钝化区、清水清洗区、烘干区和进排气系统组成。需处理的铝零件被装入清洗篮, 固定后降入水槽, 在盛有不同溶剂的槽内, 零件被槽内所有的工作溶液反复冲刷。所有槽均配有循环泵及喷嘴, 这是为了保证槽液能均匀地冲刷所有零件。水洗钝化工艺流程为:脱脂1→脱脂2→水洗2→水洗3→钝化→水洗4→水洗5→水洗6→烘干, 铝铸件可省略水洗2。

3.铝合金冲压板件水洗钝化烘干工艺

    1)零件温度从室温升到140℃的时间约7 min, 胶硬化的最短时间为20 min。
    2)铝件由室温升至保温温度约10 min, 铝的保温时间约20 min, 铝件自保温温度到零件温度100℃的冷却时间约7 min, 保温结束后, 冷却至室温, 因此, 铝件整体的烘干过程为37 min。

八、结语

    现代汽车正朝着轻量化、高速、安全舒适、低成本、低排放与节能的方向发展, 汽车工业的发展是与能源、环保和安全三方面紧密联系在一起的。随着环保意识的增强, 铝合金板材在成本、制造技术、机械性能、可持续发展等方面具有其他轻量化材料无可比拟的优越性, 因此, 铝合金将成为汽车工业中的首选轻量化材料。