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【成形工艺】汽车用铝?yes or no

导读: 随着捷豹、奥迪、通用、特斯拉以及蔚来汽车等主机厂对铝合金的开发与应用,国外、国内旋起了一股铝化热潮。

随着捷豹、奥迪、通用、特斯拉以及蔚来汽车等主机厂对铝合金的开发与应用,国外、国内旋起了一股铝化热潮。早期为啥我们不用呢,贵,主要用于豪华车型;现在为什么又开始炒起来了呢,不差钱。对生产线的影响较大不说,对成形及连接工艺的挑战也很大。各家都在研究,毕竟,谁也不想落后,今天我们一起来看看铝冲压。

车身铝化之路

“全铝车身”始于本田初代NSX,但它仅仅教了法拉利如何造超跑。真正首次实现“全铝车身”大规模量产的是奥迪,它的ASF空间框架被应用于A8、TT和R8等车型上。

图1 奥迪TT车身

给我们影响最深刻的,便是奥迪A8。2010年的D4版A8车身用铝93.1%,其中铝板用量接近50%;而到2017年的D5版本,A8车身用铝也有65.3%,其中铝板用量也接近50%。奥迪为了安全性能考虑,将部分铝合金改为了热成形等高强度钢,但铝板在车身上的使用并未大幅减少,这是因为覆盖件及大面板类零件铝化的减重效果尤为突出。

图2 奥迪A8车身用材变化

自主品牌大规模采用铝材制造汽车起步较晚,2012年展出的上汽荣威950是纽北所能找到的最早的车型。

图3 荣威950车身用材分布

近两年出现了众多造车新势力,ES8全铝车身大家耳熟能详,其白车身用铝量达到惊人的96%。当然,蔚来也做了大量的连接测试,也烧了不烧钱。

图4 ES8车身用材分布

以上只是几个常见的铝材应用案例,我们不难发现一些规律,对于铝化,国内大多主机厂走的是铝盖→铝覆盖件→全铝车身的思路,但目前大多停留在铝机盖和铝防撞梁上,而没有进一步的开发进展,大家都还在观望。

图5 车身铝化之路

铝板#种类

汽车覆盖件用铝合金板材,需要满足高的表面质量、高成形性能、高强度(烘烤硬化性)、连接性能优异等特点。而结构件用铝合金(如内板、加强板)需要有良好的成形性能及一定的强度。

一般,变形铝中汽车能用的有2系、5系、6系及7系,外板常用的牌号为6016,内板常用的牌号为5182。

图6 汽车常用铝板类型

当然,每个主机厂使用的牌号不尽相同,比如机盖,老美喜欢都用6系,而欧系喜欢内板用5系外板用6系。

图7 不同车系车身用铝情况

数据来源于Ducker

数据胜于雄辩,下面我们一起来看几个典型车型的用铝情况。捷豹XE的车身铝板由诺贝丽斯供应,其外板件一般用Advanz? e170,加强件一般用Advanz? s600,其中e170类似于我们常见的6016,具有优异的包边性能及烘烤硬化性能。

图8 捷豹XE车身用铝

数据来源于捷豹路虎

通用凯迪拉克CT6的车身采用了63%的铝合金来制造,其中57%左右来自诺贝丽斯,外板一般用e170,内板6系及5182都有。

图9 凯迪拉克CT6车身用铝

数据来源于诺贝丽斯

铝板冲压#特点

想要了解铝冲压的工艺,先要了解铝板的基本特性。与钢板相比,铝合金具有以下特点:

1. 铝板表面有氧化膜,不需要镀锌。

2. 6系铝板具有时效性,一般质保期是6个月,超过质保期,材料的成形能力变差。

3. 焊接性能比钢板差,需要较大的电流,目前用的主要为SPR、FDS等机械连接。

4. 常温下,铝板没有磁性,因此铝板的拆剁不能用磁性分离机器,可以采用“气刀”。

图10 铝板特性导致的开发风险

数据来源于神龙

结合上述的特点,我们可以简单得出一些铝冲压的特点:

1.容易裂。铝板的成型性能和延伸率较差(6系铝板延伸率大约为23%),成形时破裂更严重。

2.回弹大。铝板的回弹量是普通钢板的3倍,所以铝板成型时应尽量避免二次成型,因为回弹不好控制。

图11 机盖内板回弹补偿案例

数据来源于天汽模

3.碎屑多。铝板冲压更容易产生碎屑,需注意工艺设计。

铝板冲压#工艺排布

铝板的冲压无废料刀设计,两序修边,四序完成,钢件可以实现三序完成。

图12 钢铝机盖外板的冲压工序对比

数据来源于神龙

铝合金外板的OP20与OP30分序修边,可以避免碎屑,其修边的角度应控制在±10°(部分供应商控制在±15°)以内。铝板的修边角度比钢板更为严苛!同时,铝板的修边间隙要比普通的钢板模具大,需控制在料厚的10%左右(可避免冲次快时铝板被上模带起)。

总结

北美的单车平均用铝量已达145公斤,欧洲已达118公斤,但国内的铝合金应用水平明显低于欧美。机盖从钢制切换成铝质,减重效果约为40%。目前,铝冲压件的减重效果是优秀的,但使用量不多。

就目前车身用ABS而言,国内厂家已完成5系内板的开发及应用推广,但质量较好的6系外板技术一直掌握在诺贝丽斯、神户等一些外企手上,我们要做了,除了掌握好技术,更多地就是勇于尝试,这才是国产铝板的希望!

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