淺談新能源汽車鋁合金沖壓輕量化技術范文

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摘要：汽車車身輕量化技術的研究發展是推動汽車節能、減排的關鍵。鋁合金材料沖壓技術是實現汽車車身輕量化的重要課題，可實現約2/3的減重，對于汽車輕量化、市場的可持續發展具有深遠意義。

關鍵詞：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與消耗，全球動力燃油資源日益枯竭。在當今發動機動力技術提升難度日益加大、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成為行業一項共性的研發技術。鋁合金是一種具有優良性能的輕型材料，也是整個汽車行業輕量化技術研究運用及產業化生產的必選材料。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起著至關重要的作用。可以設想，當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化減小。當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汽車輕量化技術發展的背景及意義

伴隨著我國汽車智能現代化的進程，整個汽車工業的研究、開發及生產的發展，汽車產業已成為我國經濟的重要支柱產業之一。據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，促使動力能源與執行機構減小，減少燃料消耗，降低排氣污染。當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的發展趨勢。當前，汽車行業發展面臨三大問題：汽車燃油消耗，尾氣排放是否符合國家環保標準要求，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的能源和環保法規，并針對出現的問題不斷提出優化改進措施。輕量化技術研究通過減輕汽車整體重量降低燃油消耗、減少排放。有關數據研究表明，若汽車整體重量減少20%，汽車燃油效率可提高12%～16%；若車橋、變速器等聯合滾動機構阻力減少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，汽車輕量化技術的特點就是降低燃油消耗，這對于節約能源、減少廢氣排放、實現我國汽車工業可持續發展十分重要。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，對提高經濟、環保、安全等因素至關重要。輕量化在車輛行駛及操控的穩定性意義上的碰撞與安全性能上的提升相當滿意。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點，汽車輕量化研究技術一直為創新沖壓工藝、制造技術而不斷探索。

2鋁合金材料在新能源汽車車身上的應用

鋁合金材料的牌號依據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：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應用分析

隨著科技的不斷創新與發展，沖壓產品的多樣化、復雜化趨勢不可避免。針對這一復雜的技術工程，技術人員都希望在沖壓產品生產前有精確的模擬、分析和直觀的論證。這些工作借助CAE應用分析軟件得以實現，CAE(ComputerAidedEngineering，計算機輔助工程分析)是對白車身沖壓件的設計、分析、數據管理、模擬試驗、沖壓運行仿真及制造的工藝設計過程。針對沖壓產品的性能進行設計和優化評價，以便在多個方案中找到最佳設計。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計數據的重要來源。反彈、變薄、起皺、拉裂是模具沖壓件生產過程常見的缺陷，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。因此在產品沖壓之前的模具設計、CAE工藝分析尤為重要。通過產品沖壓CAE應用工藝分析，不但能準確計算出材料拉伸成型時的板料流動情況、材料分布變薄的數據，還能判斷產品沖壓件的開裂與變薄，生產中降低報廢率。傳統零件的成型性分析只能依靠設計人員的經驗、評估來判斷產品沖壓模具設計及生產的可行性，造成后續開發過程中會出現很多問題。可通過ECR設計優化更改產品的型面轉角來消除開裂、變薄。新能源汽車沖壓模具的設計，CAE沖壓可成型性分析對工藝方案的確定非常重要，直接關系到后續模具的開發，也是縮短模具開發周期的關鍵。

4鋁合金產品沖壓模具研發注意事項

4.1拉伸類模具裝配研發注意事項

（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構，以減少料屑。（2）刃口合入嘗試5mm左右，刃口基準深度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鋁合金產品沖壓注意事項

鋁合金具有質量輕、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、利于環保等優點，但沖壓時易產生頂傷、壓傷、刮傷、變形，生產中需要注意的事項：（1）沖壓時遵循人、機、料、法、環全面質量控制與管理的理論依據。也是確保產品質量的5個主要因素。（2）原材料檢查。鋁合金板料牌號、規格、尺寸，雙面貼膜是否完好無損。（3）開平作業。按工藝作業指導書，剪切所需要的材料尺寸及規格。（4）確認各工序沖壓模具與沖壓產品規格是否對應，檢查導向、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）各工序產品沖壓。根據沖壓工藝作業指導書，實施各工序的沖壓，并與每道工序樣件對比沖壓狀態。（6）首件產品確認。檢查首件沖壓產品，用3坐標按工藝作業指導書檢查每項檢測點，做好首件全檢記錄，確認產品符合率。（7）沖壓過程巡檢。巡檢員按各工序生產的工序件檢查沖壓狀態，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/次檢查沖壓的產品符合率狀況，做好批量沖壓件檢查記錄，確認產品滿足符合率情況。（9）外觀檢查。將沖壓成品件依次去除貼膜，檢查產品外觀，確認主要部位完好無損，總體質量符合要求時，再放入專用盛具內，掛上檢查合格標簽。（10）表面處理。外表面氧化著色處理，跟據表面著色工藝要求，處理達到相應的顏色，放入專用盛具內，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。（11）物流入庫。確認數量與產品相對應后入庫，做好ERP（EnterpriseResourcePlanning，企業資源計劃）數據錄入工作，確認入庫數據與發貨數據，等待發貨。

6結語

隨著輕量化技術的應用，汽車在提高外觀造型美觀性的同時還能有出色的節能表現。汽車輕量化技術包括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變；②整體車身從鋼板（密度高）向高分子塑料件（密度低）轉變；③整體車身從鋼結構向鋁合金等材料的轉變；④新型能源動力的開發與研究。因此，車身變輕對于整車的燃油消耗、節能減排、車輛控制的穩定性、提高行車碰撞安全性都有很大的優越性。汽車輕量化是未來汽車在節能環保，降低污染等方面的重要發展方向。鋁合金作為典型的輕型材料越來越被行業認可，全鋁化車身是未來汽車輕量化發展的一種趨勢。

參考文獻

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作者：張生林 單位：南京天河汽車零部件股份有限公司