淺析車身鋼鋁沖壓車間工藝規劃的特點

文/王天勝，徐國強，嚴曉琳·東風設計研究院有限公司

根據可持續發展及節能減排的要求，汽車輕量化技術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。在汽車上應用的鋁合金材料，依據不同車身設計的要求，如強度要求、剛度要求、輕量化要求等，所占的比例有所不同。全鋁車身占整個車身質量的比例達30%，輕量化對于全鋁車身的作用不言而喻，鋁車身比鋼結構車身在質量、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劃也愈來愈多的應用于整車廠的規劃中，其中鋼鋁混線生產占有很大比例，本文基于鋁合金在車身上的應用及特性，從目前國內鋼鋁沖壓車間的布置情況，分析了鋼鋁沖壓車間工藝規劃的特點與應用。

車身鋁合金特點及分類

鋁合金車身主要由5系和6系鋁合金材料構成。其中內板材料的性能特征要求成形性好、塑性高和連結性好，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系鋁合金根據其可熱處理強化的特性被大量地應用在外覆蓋件上，其所含合金及工藝特性見表1。國內外鋁合金車身應用較多的牌號有：AA6016、AA6022、AA6005、AA6009等，6系多數應用在外覆蓋件，AA5754、AA5052等5系多應用在內板件。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鋁合金作為內板件材料，及6系鋁合金作為外覆蓋件材料，國內車身鋁合金的物理和力學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

車身鋼鋁沖壓車間工藝規劃特點

目前，國內的主流主機廠多數采用鋼鋁混線的方式生產，其車間工藝布置與傳統鋼板沖壓車間大致相同，根據鋁合金的生產特性和車間的生產要求，其特點主要體現在以下幾個方面。

與傳統沖壓工藝的區別

鋁合金板根據材料性能的不同，在生產線設計、返修打磨、模具使用、廢料收集的應用上均有自己的特點，表2為鋼板與鋁板沖壓工藝的對比。在進行鋁合金沖壓車間工藝規劃時，應結合諸多差異性因素，根據實際的鋼鋁混線及規劃產能的需求，柔性設置生產線體，滿足鋼鋁在生產過程中的切換，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置

鋁板返修打磨時會產生大量的粉末，當空間內粉末濃度較高時會產生爆炸的危險，一般認為當濃度達到30g/m3時爆炸風險較大，因此鋁板打磨間需進行防爆處理。

⑴根據鋁粉塵本身的特點，一般應將粉塵進行集中收集，做泄壓、減壓處理，另外，需要將鋁粉打磨間與生產區進行隔離。

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

⑶其中打磨間內的通風換氣次數不少于50次/h，且管道內風速不低于20m/s。以保證打磨區域的粉塵濃度不會達到濃度極限值而引起爆炸。

⑷一般粉塵爆炸多發生在粉塵收集器內，發生爆炸時會產生強大的沖擊波，管路內的粉塵會被沖擊波揚起而擴散，擴散的粉塵傳回廠房內，會引起廠房內的二次爆炸，因此需增設防爆隔離閥對管路中粉塵的擴散進行隔離，隔離打磨工作區域與爆炸發生區，粉塵收集器發生爆炸時其應向廠房外空曠區泄爆。

鋁板的存放與保養

基于鋁板材料的活潑特性，在進行鋁板存放時，需注意鋁板氧化、損傷后對后續生產造成的影響，加強在生產前對鋁板進行保養，以保證生產過程中產品的良品率。

⑴鋁板材料失效硬化后會存在屈服強度上升，塑性降低，影響后續的成形及包邊。需根據材料的塑性要求在模具制造時進行綜合考慮，生產前需檢查材料的狀態是否滿足生產要求。

⑵鋁板材料拆包后應立即使用，使用前需進行在線清洗涂油，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，所以搬運時需要特別注意；另外不能將外板件進行堆疊存放，需使用托盤運輸，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

結束語

針對我國鋁板沖壓應用越來越普遍的現狀，根據鋁板自身的特點，在沖壓車間工藝規劃中應從鋼鋁混線設置、鋼鋁板廢料收集、鋁板返修打磨間設置、鋁板存放與保養等各方面綜合加以考慮，用以提高鋁板生產時的效率，提高沖壓車間的柔性布局，有利于沖壓車間設備合理高效的運行。