0  引言

隨著現(xiàn)代汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展，汽車制造材料更加強(qiáng)調(diào)安全性、美觀性以及可回收性且要實(shí)現(xiàn)輕量化。而鋁合金憑借其密度小、耐腐蝕性好等優(yōu)良性能，且鋁合金的塑性優(yōu)良，鑄、鍛、沖壓工藝均使用，逐漸成為現(xiàn)代汽車制造業(yè)的“寵兒”。鋁合金在現(xiàn)代汽車制造業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，其在汽車的諸多部件中都有應(yīng)用，并取得了良好的效果。有資料表明，用鋁合金結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)鋼，可使汽車減輕30%-40%。本文主要是研究了鋁合金擠壓型材在汽車車身上的應(yīng)用。

1     鋁合金材料的特點(diǎn)

由于鋁的質(zhì)量輕，約為鋼的1/3，熔點(diǎn)低（660℃），延展性和流動性好，易于加工，可制造各種復(fù)雜的零部件。另外鋁的表面與空氣中的氧氣形成致密而穩(wěn)定的氧化膜，從而使鋁具有良好的抗腐蝕性能。通過在純鋁中加入其它元素能過大大的提高強(qiáng)度和硬度，除固溶強(qiáng)化外，有些鋁合金還可以熱處理強(qiáng)化，使有些合金的抗拉強(qiáng)度可超過600MPa。

2     鋁合金在汽車中的應(yīng)用分類及其選材

2.1   鋁合金在汽車身上的應(yīng)用分類

當(dāng)前，用于汽車制造業(yè)的鋁合金主要分為兩種：一種是變形鋁合金，另一種則是鑄造鋁合金。其中，汽車車身上的鋁合金多以變形鋁合金為主，主要有型材、箔材、板材、鍛件等。

2.2    車身用鋁選材

2.2.1   選材的一般介紹

車身結(jié)構(gòu)鋁合金擠壓材常用合金除6063、6061外，美系、日系、歐系有所不同，美系以美鋁、加鋁（必拓）開發(fā)和運(yùn)用成熟的合金為主，主要有6005A、7003等，日系以昭和電工、古河電工、神戶鋁業(yè)、住友、日輕工開發(fā)的合金為主，主要有6N01、7N01、7005等，歐系則主要以海德魯、薩帕鋁業(yè)開發(fā)的合金為主，主要有6082、6013。

總體來說，車身材用到大多數(shù)中等強(qiáng)度或中等偏高6系各類合金，及部分低等級的7系合金。

6系最常用的AA6060,AA6063, AA6008, AA6005A, AA6061，和AA6082中的9種商用合金，前面是一些傳統(tǒng)合金，后面是一些Mg/Si優(yōu)化過的新合金。Mg、Si含量見2圖，畫有Mg/Si為1/1和2/1兩條線，6061接近傳統(tǒng)Mg₂Si平衡狀態(tài)2/1，AA6008、GP6060,和GP6063則位于兩條線中間，成份接近Mg/Si等于1/1。

3    車身結(jié)構(gòu)件對鋁合金擠壓型材的性能要求

3.1   具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛度

    在汽車上用鋁合金，主要需求為替代鋼鐵、實(shí)現(xiàn)輕量化。結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度需要達(dá)到輕量化后汽車使用需求。根據(jù)中國汽車輕量化線路圖近期（2016-2020）提出的要求，AHSS級高強(qiáng)鋼強(qiáng)度目標(biāo)值600MPa。

3.2    具有較好的抗疲勞性能

   由于汽車長時(shí)間、長距離使用，結(jié)構(gòu)件不可能更換，鋁合金耐疲勞性質(zhì)顯得十分重要。

3.3   耐腐蝕性

因?yàn)楸砻娣栏に嚨牟捎?，汽車部品不害怕外界環(huán)境腐蝕，但是材料因通過多道次冷加工、連接，形成的應(yīng)力腐蝕、電化學(xué)腐蝕對汽車產(chǎn)品使用壽命和安全性造成巨大影響。如日系汽車、高鐵曾主流使用7N01材料，后來全部改用6N01，就是因?yàn)榭垢g性引起的。

4.  汽車車身結(jié)構(gòu)的彎加工

目前，在汽車工業(yè)中，鋁合金的型材主要用于汽車防撞梁、腳踏板和頂棚行李架等安全部件，而引人關(guān)注的是鋁合金型材框架的車身結(jié)構(gòu)，且越來越受到廣泛的應(yīng)用，這些零件的特點(diǎn)是將直型材彎曲到最終要求的復(fù)雜形狀，并滿足尺寸精確、硬度達(dá)標(biāo)等要求。傳統(tǒng)成形工藝一般采用繞彎、滾灣、拉灣和壓彎等彎曲方法，下面主要從旋轉(zhuǎn)拉曲、滾輪彎曲、拉伸彎曲以及擠過彎曲等方法進(jìn)行對比簡略的介紹汽車車身結(jié)構(gòu)件的彎加工。

4.1.1旋轉(zhuǎn)拉曲法

對簡單的斷面形狀進(jìn)行二維彎曲時(shí)，加工精度與生產(chǎn)效率高。這種方法的材料送入速度與模具旋轉(zhuǎn)時(shí)的拉伸速度的均衡對變形的影響很大。

4.1.2滾輪彎曲

多用于加工大型斷面形狀的型材。彎曲半徑很小時(shí)，或要求高精度時(shí)，可邊調(diào)整滾輪位置邊對材料進(jìn)行重復(fù)加工。相同的滾輪多用于加工斷面尺寸不同的型材的型材，模具費(fèi)比較低，但加工精度及生產(chǎn)效率不高，所以不適于大批量生產(chǎn)。

4.1.3   拉伸彎曲法

因模具費(fèi)用高在成本方面不占優(yōu)勢，但有變形的自由度高及加工精度高等優(yōu)點(diǎn)。

4.1.4    擠過彎曲法

同拉伸彎曲法相比加工精度稍差，但在生產(chǎn)成本方面有利，已得到廣泛使用。

4.1.5   型材彎曲成形的常見缺陷及預(yù)防

同板材彎曲一樣，回彈是車身型材傳統(tǒng)冷彎成形工藝不能回避的一個(gè)問題，也是影響車身型材成形精度重要的因素，現(xiàn)有的工藝很難完全消除，它主要變現(xiàn)整體卸載回彈和局部卸載回彈，形成的主要一下兩個(gè)方面：

(1)  型材彎曲成形后其截面上內(nèi)外層材料應(yīng)力分布不均勻，內(nèi)外層材料受的應(yīng)   力狀態(tài)相反，如滾彎，繞彎成形;或者內(nèi)外層材料的應(yīng)力大小不均一，如拉彎成形;同時(shí)型材內(nèi)外層材料進(jìn)入塑性狀態(tài)而中心材料仍處于彈性狀態(tài)，彎曲力矩卸載后型材會產(chǎn)生回彈;

(2)  塑性變形區(qū)的材料中總是伴有彈性變形區(qū)，所以型材彎曲成形時(shí)，即使型材整個(gè)截面全部材料進(jìn)入塑性狀態(tài)，卸載之后，塑形變形區(qū)中的彈性變形部分立即恢復(fù)，導(dǎo)致回彈的產(chǎn)生。

回彈是影響、制約模具設(shè)計(jì)和產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。在實(shí)際彎曲成形過程中，為了減小回彈對彎曲精度的影響，通過反復(fù)試模、修?；驍?shù)值模擬技術(shù)確定型材彎曲的回彈量，再通過模具補(bǔ)償使彎曲出來的型材達(dá)到所需要的精度。除彎曲回彈外，彎曲過程中一些外觀上的缺陷也影響著型材的彎曲成形質(zhì)量。這些缺陷的產(chǎn)生與型材的彎曲能力有關(guān)。彎曲能力是指型材被彎曲成沒有缺陷、具有一定曲率和角度的難易程度，它是由型材的彎曲工藝、幾何尺寸、彎曲程度和材料性能所決定的。但型材，特別是空心和半空心型材，在彎曲過程中存在很多易產(chǎn)生的缺陷，這嚴(yán)重制約了產(chǎn)品的應(yīng)用，如何有效地解決這些問題，是完善彎曲工藝的一個(gè)重要方面。這些缺陷表現(xiàn)主要在a起皺；b扭轉(zhuǎn)；c橫截面的變形；d彎曲后型材外層和內(nèi)層的壁厚不一致；e外層破裂和內(nèi)層塌陷等。

4.2鋁合金車身及鋼鋁混合車身的連接工藝

根據(jù)輕量化車身材料的特點(diǎn)、零部件選擇位置的差異，相應(yīng)的焊接技術(shù)也有所不同，目前比較常用的鋁合金焊接技術(shù)有自沖鉚連接（SPR）、熱熔直鉆（FFS）、鋁點(diǎn)焊、冷金屬過渡技術(shù)（CMT）、焊接機(jī)器人、激光焊接技術(shù)及金屬粘結(jié)技術(shù)等。

5   結(jié)語

汽車工業(yè)中，零件的輕量化和高強(qiáng)度對于汽車的節(jié)能降耗、提高安全系數(shù)有顯著作用。鋁合金因?yàn)榫哂辛己玫某尚托阅芎洼^好的強(qiáng)度、耐腐蝕性且成本低等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用到車身中。隨著科技的不斷進(jìn)步，提高汽車用鋁量，實(shí)現(xiàn)車身輕量化，已經(jīng)成為當(dāng)今汽車制造業(yè)不可或缺的一個(gè)選擇。