汽车用铝合金板面临哪些问题？

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随着现代汽车工业的发展及我国在能源、环保和安全三方面越来越严厉的要求下， 由于提高汽车的轻量化能够有效节约油耗和减少排量，铝合金板材在汽车制造领域的应用范围也越来越广泛。

铝具有密度小、质量轻、成型加工性好、可以重复回收利用、节能环保等优点，加上可以提高汽车行驶性能和安全舒适性能、降低燃油的消耗、减少排放和减轻对环境的污染有显著的作用，因此，铝合金被公认为是未来汽车的理想材料之一。

1、铝合金在汽车车身上的应用

目前，全世界耗铝量的 12%～15%以上用于汽车工业， 有些发达国家已超过 25%。2002年，整个欧洲汽车工业 1 年消耗了 150 万 t 以上的铝合金，其中约 25 万 t用于车身制造， 80 万 t 用于汽车传动系制造，另外有42. 8 万t 用于制造汽车行驶机构和悬挂机构。可以看出， 汽车制造工业已成为最重要的铝材料消费大户。

2 铝合金冲压板材在冲压上的工艺要求

2.1 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。

2.2 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）。

3 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。

3.1 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。

3.2 铝合金件冲铆连接工艺

铝板件冲铆连接是使用冲铆设备，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。

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。

3.3 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。

3.4 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。

4、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。

5 铝合金冲压板件辊边形式及特点

5.1 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。

5.2 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。

6 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，如表所示。

表  铝件辊边造成缺陷的各种原因

7 铝合金冲压板件在涂装上的工艺要求

7.1 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。

7.2 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。

7.3 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。

8 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。