鋁板沖壓生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？
2024-01-10
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1. 車用鋁合金材料簡介
鋁合金在汽車中的應(yīng)用形式有鋁合金鍛件(要求強(qiáng)度較高的結(jié)構(gòu)件和疲勞件如懸架支架以及鋁合金車輪等) 、模鑄件(主要有轎車車輪、各類殼體，發(fā)動機(jī)的缸體缸蓋等零件)、鋁合金擠壓和沖壓成形產(chǎn)品(制做各類車身結(jié)構(gòu)件的鋁合金型材) 、鋁合金軋制板材(乘用車外覆蓋件，如發(fā)動機(jī)的蓋板、行李箱蓋板等) 和鑄造件等。目前，全球各大汽車廠商紛紛進(jìn)行車身外覆蓋零件的鋁板材料替代�，F(xiàn)今，較為普遍采用鋁板替代的零件有發(fā)動機(jī)罩蓋、行李箱蓋、翼子板等。某些廠家已研制開發(fā)全鋁車身，例如奧迪A8、克萊斯勒prowler等，對于汽車輕量化起到一定的推進(jìn)效益。用于汽車車身的鋁合金主要有Al－Cu－Mg (2000系)、Al－Mg (5000系)和Al－Mg－Si(6000 系)三大系列。2000系合金加入Cu和Mg等元素，其強(qiáng)化相為CuAl2或 CuMgAl2，可通過熱處理強(qiáng)化，獲得良好的鍛造性、較高的強(qiáng)度和一定的烤漆硬化性，可應(yīng)用于汽車內(nèi)外板零件，如車蓋、底板蓋、駕駛室等。5000系合金通過Mg固溶于鋁中，形成固溶強(qiáng)化效應(yīng)，具有較高的成形性和抗腐蝕性能較高，但該系合金屬于非熱處理強(qiáng)化合金，只能通過加工硬化來獲得強(qiáng)度，一般以O(shè)(退火)狀態(tài)使用，強(qiáng)度較低，通常用于汽車內(nèi)板等形狀復(fù)雜的部位，特別適合于要求用拉延方法成形的零部件，如車蓋、后行李箱蓋、和空氣過濾器等。6000系合金是可熱處理強(qiáng)化的合金，強(qiáng)度適中，成形性和耐蝕性好，易著色，綜合性能優(yōu)良，該系合金能在固溶處理淬火后具有較低屈服強(qiáng)度的狀態(tài)下供貨，具有良好的沖壓成形能力，并能在最終的烤漆處理過程中獲得進(jìn)一步強(qiáng)化，可應(yīng)用于汽車外板和內(nèi)板零件。由于2000系合金的抗蝕性和強(qiáng)度相對較差，近年來2000系合金在車身覆蓋件方面的用量在減少; 5000系鋁合金因勒德斯線和桔皮效應(yīng)以及無法進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，在一定程度上限制了其應(yīng)用，近年來只做車身內(nèi)板使用。隨著6000系合金的不斷開發(fā)和應(yīng)用， 目前北美汽車企業(yè)主要使用AA6111、AA6022系鋁合金，其數(shù)量也在不斷增加。歐洲汽車企業(yè)主要使用AA6016系鋁合金。日本汽車廠家則主要使用AA6016和AA6022系鋁合金，同時也使用部分AA6111系合金。2. 車用鋁板材料沖壓過程關(guān)鍵控制點(diǎn)根據(jù)沖壓工序流程分析，鋁板在沖壓過程中的控制要點(diǎn)大致有材料保存、板料拆垛、模具沖制、質(zhì)檢返修等四方面。
由于目前大多數(shù)汽車廠沖壓開卷設(shè)備均不具有鋁板卷料的加工能力。因此，各整車廠普遍采用以板料形式的采購配送。目前主要的鋁板生產(chǎn)廠商還是以國外為主，整個物流配送流程周期較長，對于該階段的材料保存需要提出較高的要求。發(fā)霉是鋁板材料儲存過程中常見的問題，主要的表現(xiàn)為材料表面出現(xiàn)無規(guī)律隨機(jī)分布的麻點(diǎn)，缺陷擦拭不掉，需打磨去除，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。( 1) 在鋁板的生產(chǎn)、運(yùn)輸過程中，料垛沾水或冷凝水汽，或由于毛細(xì)作用吸入水汽; ( 2) 鋁板材料的表面油膜受損或分布不均勻，導(dǎo)致空氣中的水分接觸到板料表面; ( 3) 鋁板在生產(chǎn)過程中表面留有酸、堿物質(zhì)，經(jīng)過一段時候后蓋區(qū)域受腐蝕; ( 4) 包裝不好，運(yùn)輸過程中物理受損或長時間接觸含水分物質(zhì)。鑒于以上的分析，為了確保鋁板不產(chǎn)生發(fā)霉，必須從材料的加工源頭進(jìn)行控制，同時在運(yùn)輸、保存過程中始終保持鋁板的防水、防潮。值得注意的是，目前較常使用的進(jìn)口鋁板均采用海運(yùn)模式，在運(yùn)輸過程中的防潮處理就更顯重要。由于鋁板材料不具備磁性特性，因此對于鋁板料垛的分張便成了鋁板生產(chǎn)的一大技術(shù)難點(diǎn)。因為，如果鋁板分張產(chǎn)生問題，輕者造成沖壓生產(chǎn)停機(jī)，影響效率，重者甚至?xí)l(fā)生模具雙料，釀成事故。在目前的鋁板拆垛過程中，普遍采用的是吹氣式分張裝置。隨著鋁板的應(yīng)用逐步廣泛，壓機(jī)供應(yīng)商在新設(shè)計的自動化沖壓中均可配備吹氣分張裝置。選用何種吹氣模式、吹氣壓力值等技術(shù)要求對于今后設(shè)備的分張效果影響較大。因此，該方面技術(shù)參數(shù)必須作為重要設(shè)備指標(biāo)進(jìn)行規(guī)定，一般吹氣模式選用不間斷吹氣模式，吹氣壓力至少 0. 6 MPa。在條件允許情況下可吹氣分張裝置可采用增壓模式，效果更佳。同時，鋁板料垛表面狀態(tài)對于分張也有一定的影響：( 2)在成本許可的情況下盡可能材料表面采用 EDT 處理( 電火花加工) ; 以上三點(diǎn)均對于鋁板生產(chǎn)工程中的拆垛效果有較大影響。雖然，通過多年的科研攻關(guān)，鋁板材料的性能得到很大改善，但是總體來說鋁板成形性能還遠(yuǎn)低于鋼板。因此，對于使用鋁板材料的沖壓成形工藝和成形模具就提出了較高的要求。( 1) 鋁板材料的表面潤滑對于成形非常重要。目前鋁板一般采用干性潤滑，該潤滑工藝相對于油脂潤滑能讓鋁板材料有更好的成形性能。 ( 2) 成形模需確保良好的成形工藝性，模具的壓邊圈貼合率必須達(dá)到 85% 以上，并且壓邊圈和模具型面需要保證光潔，條件允許的情況下進(jìn)行鍍鉻處理。( 3) 鋁板成形對于設(shè)備的壓邊力輸出控制也有較高的要求。如果是單動壓機(jī)，盡量不要選用氣墊成形設(shè)備，應(yīng)使用壓力控制更為穩(wěn)定的數(shù)控液壓墊或伺服電機(jī)控制墊。另一方面，鋁板材料相對鋼板材料對切邊沖孔工序模具也有其特殊的要求。由于鋁板的性能偏軟，沖裁凸凹模間隙較普通模具要小，單面間隙要控制在 3% ～ 4% 料厚左右。并且模具刀口需保證較高硬度，必須在 60 HRC 以上。同時，對于沖裁模具的導(dǎo)向也應(yīng)每半年進(jìn)行一次全面檢驗。以上措施可以有效的防止鋁板切邊過程中的碎屑產(chǎn)生。鋁板成形零件相對于鋼板零件剛度較低、整體偏軟。因此，在零件檢驗過程中必須注意輕取輕放。鋁板零件的表面檢驗方法基本與鋼板零件相似，目視檢驗、觸摸檢驗、油石檢驗均可以采用。但是，在進(jìn)行觸摸檢驗和油石檢驗時必須注意所施加的壓力，不能造成零件變形。生產(chǎn)現(xiàn)場可按照零件型面制作專用打磨樣架用于檢驗。鋁板沖壓零件由于剛度低，一般情況下不進(jìn)行單件的返修。但是，實際生產(chǎn)過程中零件缺陷是無法避免的，通常在整車制造企業(yè)較為普遍采用的模式為：保留沖壓單件缺陷，并在總成零件上再進(jìn)行返修。例如，一般鋁板前蓋缺陷是放在前蓋總成零件上進(jìn)行返修。還有一點(diǎn)必須注意，鋁板打磨過程中，顆粒極微小的干燥鋁粉能懸浮在空氣中。一旦鋁粉在空氣中達(dá)到一定的量時，遇到著火源極易產(chǎn)生爆燃，存在安全隱患。因此，鋁板零件的返修場地必需設(shè)置在敞開環(huán)境，保持通風(fēng)。同時還要配備相應(yīng)的除塵裝置，除塵裝置要定期清理。在實際操作過程中，對于鋁板沖壓件應(yīng)盡可能地減少或避免返修，即使需要返修也應(yīng)充分考慮返修工藝和場地環(huán)境。
沖壓模具視覺監(jiān)測可以有效檢測連續(xù)沖壓模具的料帶是否輸送到位，是否發(fā)生堵料疊料等等情況，有效減少壓模，保護(hù)沖壓模具，降本增效，提高工廠自動化水平；同時可以對沖壓件存在的外觀缺陷進(jìn)行及時監(jiān)測。
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