聚焦｜鋁合金沖壓件在沖壓與焊接中需要注意哪些問題

　　鋁合金的特點及性能優勢使其成為當今汽車輕量化的首選材料之一。鋁合金板材的成型特點及在車身應用中沖壓工藝、焊裝工藝、涂裝工藝各環節中的技術應用，針對我國汽車沖壓鋁板材的應用現狀進行研究分析，同時對我國汽車在鋁合金使用過程中出現的工藝問題提出了一些解決措施和建議。

　　隨著現代汽車工業的發展及我國在能源、環保和安全三方面越來越嚴厲的要求下，由于提高汽車的輕量化能夠有效節約油耗和減少排量，鋁合金板材在汽車制造領域的應用范圍也越來越廣泛。鋁具有密度小、質量輕、成型加工性好、可以重復回收利用、節能環保等優點，加上可以提高汽車行駛性能和安全舒適性能、降低燃油的消耗、減少排放和減輕對環境的污染有顯著的作用，因此，鋁合金被公認為是未來汽車的理想材料之一。

　　鋁合金在汽車車身上的應用 

　　目前，全世界耗鋁量的12%～15%以上用于汽車工業，有些發達國家已超過25%。2002年，整個歐洲汽車工業1年消耗了 150萬t以上的鋁合金，其中約 25萬t用于車身制造，80萬t 用于汽車傳動系制造，另外有42. 8萬t 用于制造汽車行駛機構和懸掛機構。可以看出，汽車制造工業已成為最重要的鋁材料消費大戶。沖壓鋁制板材在汽車車身上的應用，如圖1所示。

　　圖1　鋁板材在汽車車身上的應用

　　鋁合金沖壓板材在沖壓上的工藝要求

　　鋁合金板材成型及模具工藝要求

　　經調研，鋁合金的成型工藝與普冷板一致，可以通過增加工序減少廢料刀使用量，降低鋁屑產生，但其模具要求與普冷板存在差異，表1示出沖壓鋁板材對模具的特殊要求。

　　表1　鋁板模具要求

　　鋁合金板材長期保管注意事項

　　1）鋁板材失效硬化的后屈服強度上升，包邊加工性降低模具制作時，考慮使用滿足規格要求的上限材料，生產前進行可行性確認；

　　2）用于生產的拉延油/防銹油容易揮發，板料包裝打開后應立即使用，或在沖壓前進行清洗涂油；

　　3）表面容易氧化，不可露天放置，必須進行特殊管理（包裝）。

　　鋁合金沖壓板件在焊接上的工藝要求

　　焊裝鋁合金車身過程中的主要工藝有電阻焊、CMT 冷過渡焊接、鎢極氬弧焊、鉚接、沖連及打磨拋光等。

　　鋁合金板件無鉚連接工藝

　　鋁板件無鉚連接是通過壓力設備和專用模具將 2 層或多層金屬板件冷擠壓成型，然后形成一個具有一定抗拉和抗剪強度的內部鑲嵌連接點。連接板件厚度可以相同或不同，可以有膠粘層或者其他中間層，材質可以相同或不同。連接效果好，不需要輔助連接件。

　　鋁合金件沖鉚連接工藝

　　鋁板件沖鉚連接，如圖2所示，是使用沖鉚設備，將沖鉚鉚釘壓入被連接材料，形成一個穩定、牢靠、美觀的連接點。

　　圖2　沖鉚連接過程

　　沖鉚連接工藝的特點：

　　1）高強度，鎖鉚連接點的抗剪、抗拉動態疲勞強度，抗沖擊性能都高于或等于點焊連接點的強度；

　　2）可以目測連接質量。鉚釘完全打入工件中，同時在連接工件的另一側形成了一個凸出的接點，即認為是合格；

　　3）被連接材料無需事先鉆孔，工藝簡單；

　　4）連接點是密封的，不會進入氣、液，造成材料腐蝕；

　　5）對金屬、非金屬，不同材質、不同厚度、不同強度的金屬都可以連接。

　　電阻焊接

　　目前，鋁合金的電阻焊一般采用中頻或高頻電阻焊工藝，該種焊接工藝只在焊鉗電極直徑大小范圍內，且在極短的時間內融化母材金屬而形成熔池，焊點迅速冷卻形成連接，產生鋁鎂粉塵的可能性極小。產生的焊接煙塵大多是金屬表面和表面雜質的氧化物顆粒。焊接過程中都配有工位局部排風，能及時將這些顆粒通過風筒排到大氣中，基本不會產生鋁鎂粉塵的沉積。

　　CMT 冷過渡焊接和氬弧焊

　　這 2 種焊接工藝，由于有不活潑氣體的保護，在高溫下，其融化金屬與氧氣的接觸不充分，在電弧的射流作用下，能夠產生顆粒度較小的鋁鎂金屬顆粒，并飛濺到工作環境中，形成鋁鎂粉塵的沉積，存在鋁鎂粉塵爆炸的危險性，需要做粉塵爆炸的預防及處理工作。

　　鋁合金沖壓板件在輥邊上的工藝要求

　　1）鋁合金輥邊壓合與普冷板輥邊壓合區別很大，鋁的韌性不如鋼，在壓合的時候壓合力不能過大，壓合速度相對較慢，一般為 200～250 mm/s,每次壓合角度不能大于 30°，不可 V 形壓合；

　　2）鋁合金壓合對溫度要求：在 20   室溫下進行，剛從冷庫中取回的零件不宜馬上進行輥邊壓合。

　　鋁合金沖壓板件輥邊形式及特點

　　鋁合金沖壓板材輥邊形式

　　1）普通壓合分為首次預壓合、二次預壓合、終壓合3 步。通常運用于沒有特殊強度要求和外板法蘭邊角度正常的情況下；

　　2）歐式壓合，如圖 3 所示，分為首次預壓合、二次預壓合 終壓合 歐式壓合 4 步通常運用于長邊壓合，  內，零件被槽內所有的工作溶液反復沖刷。所有槽均配、如前蓋和后蓋。為了減輕或消除表面缺陷也可以運用歐式壓合。

　　圖 3  歐式壓合包邊工藝

　　鋁合金沖壓板材輥邊特點

　　鋁件壓合設備的底模和鑲塊，用 800～1200# 的砂紙，定期對底模和鑲塊進行拋光保養，保證表面不會有鋁屑。

　　鋁件輥邊造成缺陷的各種原因

　　鋁件輥邊造成缺陷的各種原因，如表 2 所示。

　　表2　鋁件輥邊造成缺陷的各種原因

　　鋁合金沖壓板件在涂裝上的工藝要求

　　鋁合金沖壓板件水洗鈍化原理與作用

　　水洗鈍化指在脫掉鋁件表面自然形成的氧化膜及油污，并通過鋁合金與酸性溶液之間的化學反應，在工件表面包裹一層致密的氧化膜。沖壓后鋁件表面的氧化膜、油污焊接及涂膠均會產生影響，為了提高膠與焊縫的附著度，需要借助化學工藝保持其表面的長效粘合連接和電阻穩定，實現更好焊接。因此，凡是需要激光釬焊、冷金屬過渡焊接（CMT)等焊接的零件都需要進行水洗鈍化。

　　鋁合金沖壓板件水洗鈍化工藝流程

　　水洗鈍化設備由脫脂區、工業水洗區、鈍化區、清水清洗區、烘干區和進排氣系統組成。需處理的鋁零件被裝入清洗籃，固定后降入水槽，在盛有不同溶劑的槽通常運用于長邊壓合，  內，零件被槽內所有的工作溶液反復沖刷。所有槽均配有循環泵及噴嘴，這是為了保證槽液能均勻地沖刷所有零件。水洗鈍化工藝流程為：脫脂 1→脫脂 2→水洗2→水洗 3→鈍化→水洗 4→水洗 5→水洗 6→烘干，鋁鑄件可省略水洗 2。

　　鋁合金沖壓板件水洗鈍化烘干工藝 

　　1）零件溫度從室溫升到 140的時間約 7 min，膠硬化的最短時間為 20 min。

　　2）鋁件由室溫升至保溫溫度約 10 min，鋁的保溫時間約 20 min，鋁件自保溫溫度到零件溫度 100的冷卻時間約 7 min，保溫結束后，冷卻至室溫，因此，鋁件整體的烘干過程為 37 min。