浅析车身钢铝冲压车间工艺规划的特点

文/王天胜，徐国强，严晓琳·东风设计研究院有限公司

根据可持续发展及节能减排的要求，汽车轻量化技术的研究已成为未来新能源汽车的主要趋势，而铝合金作为首选材料，其重要性已日渐凸显。在汽车上应用的铝合金材料，依据不同车身设计的要求，如强度要求、刚度要求、轻量化要求等，所占的比例有所不同。全铝车身占整个车身质量的比例达30%，轻量化对于全铝车身的作用不言而喻，铝车身比钢结构车身在质量、扭曲刚性、抗弯性能上都有很大的提高。因此，铝合金车身是今后汽车轻量化的主要趋势。

铝合金车身板的冲压车间的规划也愈来愈多的应用于整车厂的规划中，其中钢铝混线生产占有很大比例，本文基于铝合金在车身上的应用及特性，从目前国内钢铝冲压车间的布置情况，分析了钢铝冲压车间工艺规划的特点与应用。

车身铝合金特点及分类

铝合金车身主要由5系和6系铝合金材料构成。其中内板材料的性能特征要求成形性好、塑性高和连结性好，以使用5系铝合金和部分6系铝合金为主，对于汽车外覆盖件而言，良好的塑性更加有利于成形，因而6系铝合金根据其可热处理强化的特性被大量地应用在外覆盖件上，其所含合金及工艺特性见表1。国内外铝合金车身应用较多的牌号有：AA6016、AA6022、AA6005、AA6009等，6系多数应用在外覆盖件，AA5754、AA5052等5系多应用在内板件。例如：克莱斯勒猎兽利用6022铝合金作外覆盖件材料，讴歌NSX利用5052铝合金作为内板件材料，及6系铝合金作为外覆盖件材料，国内车身铝合金的物理和力学性能与国外尚有差距，尤其是冲压性能。

表1 车身铝合金材料及其工艺特点

车身钢铝冲压车间工艺规划特点

目前，国内的主流主机厂多数采用钢铝混线的方式生产，其车间工艺布置与传统钢板冲压车间大致相同，根据铝合金的生产特性和车间的生产要求，其特点主要体现在以下几个方面。

与传统冲压工艺的区别

铝合金板根据材料性能的不同，在生产线设计、返修打磨、模具使用、废料收集的应用上均有自己的特点，表2为钢板与铝板冲压工艺的对比。在进行铝合金冲压车间工艺规划时，应结合诸多差异性因素，根据实际的钢铝混线及规划产能的需求，柔性设置生产线体，满足钢铝在生产过程中的切换，图1所示为钢铝混线废料线收集方案。

铝板返修打磨间的设置

铝板返修打磨时会产生大量的粉末，当空间内粉末浓度较高时会产生爆炸的危险，一般认为当浓度达到30g/m3时爆炸风险较大，因此铝板打磨间需进行防爆处理。

⑴根据铝粉尘本身的特点，一般应将粉尘进行集中收集，做泄压、减压处理，另外，需要将铝粉打磨间与生产区进行隔离。

⑵铝板打磨需要打磨间封闭并具备完善的除尘系统。打磨间封闭将外界与打磨工作区域隔离，用以隔绝外界的火花和粉尘，而除尘系统用以降低打磨间内的粉尘浓度。

⑶其中打磨间内的通风换气次数不少于50次/h，且管道内风速不低于20m/s。以保证打磨区域的粉尘浓度不会达到浓度极限值而引起爆炸。

⑷一般粉尘爆炸多发生在粉尘收集器内，发生爆炸时会产生强大的冲击波，管路内的粉尘会被冲击波扬起而扩散，扩散的粉尘传回厂房内，会引起厂房内的二次爆炸，因此需增设防爆隔离阀对管路中粉尘的扩散进行隔离，隔离打磨工作区域与爆炸发生区，粉尘收集器发生爆炸时其应向厂房外空旷区泄爆。

铝板的存放与保养

基于铝板材料的活泼特性，在进行铝板存放时，需注意铝板氧化、损伤后对后续生产造成的影响，加强在生产前对铝板进行保养，以保证生产过程中产品的良品率。

⑴铝板材料失效硬化后会存在屈服强度上升，塑性降低，影响后续的成形及包边。需根据材料的塑性要求在模具制造时进行综合考虑，生产前需检查材料的状态是否满足生产要求。

⑵铝板材料拆包后应立即使用，使用前需进行在线清洗涂油，拉延油需满足铝板成形的要求。

⑶由于铝板易氧化，因此需包装严密且不可外放。铝板比钢板的硬度更低，因此很容易受到划伤和磕伤，所以搬运时需要特别注意；另外不能将外板件进行堆叠存放，需使用托盘运输，托盘的支架与铝板的接触面积要小，并且保证干净柔软的要求。

表2 钢板与铝板冲压工艺对比

图1 钢铝混线废料线收集方案

结束语

针对我国铝板冲压应用越来越普遍的现状，根据铝板自身的特点，在冲压车间工艺规划中应从钢铝混线设置、钢铝板废料收集、铝板返修打磨间设置、铝板存放与保养等各方面综合加以考虑，用以提高铝板生产时的效率，提高冲压车间的柔性布局，有利于冲压车间设备合理高效的运行。