淺析車身鋼鋁沖壓車間工藝規(guī)劃的特點(diǎn)

文/王天勝，徐國強(qiáng)，嚴(yán)曉琳·東風(fēng)設(shè)計(jì)研究院有限公司

根據(jù)可持續(xù)發(fā)展及節(jié)能減排的要求，汽車輕量化技術(shù)的研究已成為未來新能源汽車的主要趨勢，而鋁合金作為首選材料，其重要性已日漸凸顯。在汽車上應(yīng)用的鋁合金材料，依據(jù)不同車身設(shè)計(jì)的要求，如強(qiáng)度要求、剛度要求、輕量化要求等，所占的比例有所不同。全鋁車身占整個(gè)車身質(zhì)量的比例達(dá)30%，輕量化對于全鋁車身的作用不言而喻，鋁車身比鋼結(jié)構(gòu)車身在質(zhì)量、扭曲剛性、抗彎性能上都有很大的提高。因此，鋁合金車身是今后汽車輕量化的主要趨勢。

鋁合金車身板的沖壓車間的規(guī)劃也愈來愈多的應(yīng)用于整車廠的規(guī)劃中，其中鋼鋁混線生產(chǎn)占有很大比例，本文基于鋁合金在車身上的應(yīng)用及特性，從目前國內(nèi)鋼鋁沖壓車間的布置情況，分析了鋼鋁沖壓車間工藝規(guī)劃的特點(diǎn)與應(yīng)用。

車身鋁合金特點(diǎn)及分類

鋁合金車身主要由5系和6系鋁合金材料構(gòu)成。其中內(nèi)板材料的性能特征要求成形性好、塑性高和連結(jié)性好，以使用5系鋁合金和部分6系鋁合金為主，對于汽車外覆蓋件而言，良好的塑性更加有利于成形，因而6系鋁合金根據(jù)其可熱處理強(qiáng)化的特性被大量地應(yīng)用在外覆蓋件上，其所含合金及工藝特性見表1。國內(nèi)外鋁合金車身應(yīng)用較多的牌號有：AA6016、AA6022、AA6005、AA6009等，6系多數(shù)應(yīng)用在外覆蓋件，AA5754、AA5052等5系多應(yīng)用在內(nèi)板件。例如：克萊斯勒獵獸利用6022鋁合金作外覆蓋件材料，謳歌NSX利用5052鋁合金作為內(nèi)板件材料，及6系鋁合金作為外覆蓋件材料，國內(nèi)車身鋁合金的物理和力學(xué)性能與國外尚有差距，尤其是沖壓性能。

表1 車身鋁合金材料及其工藝特點(diǎn)

車身鋼鋁沖壓車間工藝規(guī)劃特點(diǎn)

目前，國內(nèi)的主流主機(jī)廠多數(shù)采用鋼鋁混線的方式生產(chǎn)，其車間工藝布置與傳統(tǒng)鋼板沖壓車間大致相同，根據(jù)鋁合金的生產(chǎn)特性和車間的生產(chǎn)要求，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

與傳統(tǒng)沖壓工藝的區(qū)別

鋁合金板根據(jù)材料性能的不同，在生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、返修打磨、模具使用、廢料收集的應(yīng)用上均有自己的特點(diǎn)，表2為鋼板與鋁板沖壓工藝的對比。在進(jìn)行鋁合金沖壓車間工藝規(guī)劃時(shí)，應(yīng)結(jié)合諸多差異性因素，根據(jù)實(shí)際的鋼鋁混線及規(guī)劃產(chǎn)能的需求，柔性設(shè)置生產(chǎn)線體，滿足鋼鋁在生產(chǎn)過程中的切換，圖1所示為鋼鋁混線廢料線收集方案。

鋁板返修打磨間的設(shè)置

鋁板返修打磨時(shí)會產(chǎn)生大量的粉末，當(dāng)空間內(nèi)粉末濃度較高時(shí)會產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)，一般認(rèn)為當(dāng)濃度達(dá)到30g/m3時(shí)爆炸風(fēng)險(xiǎn)較大，因此鋁板打磨間需進(jìn)行防爆處理。

⑴根據(jù)鋁粉塵本身的特點(diǎn)，一般應(yīng)將粉塵進(jìn)行集中收集，做泄壓、減壓處理，另外，需要將鋁粉打磨間與生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行隔離。

⑵鋁板打磨需要打磨間封閉并具備完善的除塵系統(tǒng)。打磨間封閉將外界與打磨工作區(qū)域隔離，用以隔絕外界的火花和粉塵，而除塵系統(tǒng)用以降低打磨間內(nèi)的粉塵濃度。

⑶其中打磨間內(nèi)的通風(fēng)換氣次數(shù)不少于50次/h，且管道內(nèi)風(fēng)速不低于20m/s。以保證打磨區(qū)域的粉塵濃度不會達(dá)到濃度極限值而引起爆炸。

⑷一般粉塵爆炸多發(fā)生在粉塵收集器內(nèi)，發(fā)生爆炸時(shí)會產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，管路內(nèi)的粉塵會被沖擊波揚(yáng)起而擴(kuò)散，擴(kuò)散的粉塵傳回廠房內(nèi)，會引起廠房內(nèi)的二次爆炸，因此需增設(shè)防爆隔離閥對管路中粉塵的擴(kuò)散進(jìn)行隔離，隔離打磨工作區(qū)域與爆炸發(fā)生區(qū)，粉塵收集器發(fā)生爆炸時(shí)其應(yīng)向廠房外空曠區(qū)泄爆。

鋁板的存放與保養(yǎng)

基于鋁板材料的活潑特性，在進(jìn)行鋁板存放時(shí)，需注意鋁板氧化、損傷后對后續(xù)生產(chǎn)造成的影響，加強(qiáng)在生產(chǎn)前對鋁板進(jìn)行保養(yǎng)，以保證生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的良品率。

⑴鋁板材料失效硬化后會存在屈服強(qiáng)度上升，塑性降低，影響后續(xù)的成形及包邊。需根據(jù)材料的塑性要求在模具制造時(shí)進(jìn)行綜合考慮，生產(chǎn)前需檢查材料的狀態(tài)是否滿足生產(chǎn)要求。

⑵鋁板材料拆包后應(yīng)立即使用，使用前需進(jìn)行在線清洗涂油，拉延油需滿足鋁板成形的要求。

⑶由于鋁板易氧化，因此需包裝嚴(yán)密且不可外放。鋁板比鋼板的硬度更低，因此很容易受到劃傷和磕傷，所以搬運(yùn)時(shí)需要特別注意；另外不能將外板件進(jìn)行堆疊存放，需使用托盤運(yùn)輸，托盤的支架與鋁板的接觸面積要小，并且保證干凈柔軟的要求。

表2 鋼板與鋁板沖壓工藝對比

圖1 鋼鋁混線廢料線收集方案

結(jié)束語

針對我國鋁板沖壓應(yīng)用越來越普遍的現(xiàn)狀，根據(jù)鋁板自身的特點(diǎn)，在沖壓車間工藝規(guī)劃中應(yīng)從鋼鋁混線設(shè)置、鋼鋁板廢料收集、鋁板返修打磨間設(shè)置、鋁板存放與保養(yǎng)等各方面綜合加以考慮，用以提高鋁板生產(chǎn)時(shí)的效率，提高沖壓車間的柔性布局，有利于沖壓車間設(shè)備合理高效的運(yùn)行。