新能源汽车铝合金冲压轻量化技术

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）新能源汽车铝合金冲压轻量化技术

张生林

（南京天河汽车零部件股份有限公司，江苏南京211200）

摘要：汽车车身轻量化技术的研究发展是推动汽车节能、减排的关键。铝合金材料冲压技术是实现汽车车身轻量化的重要课题，可

实现约2/3的减重，对于汽车轻量化、市场的可持续发展具有深远意义。关键词：铝合金；新能源汽车；冲压件；轻量化；模具中图分类号：U462.2文献标识码：B DOI ：10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2018.09.700引言

随着汽车能源的不断开发与消耗，全球动力燃油资源日益枯竭。

在当今发动机动力技术提升难度日益加大、动力电池效率不高的背景下，燃油车与新能源动力汽车白车身冲压零部件轻量化技术成为

行业一项共性的研发技术。铝合金是一种具有优良性能的轻型材料，也是整个汽车行业轻量化技术研究运用及产业化生产的必选材料。

目前，整个白车身重量占汽车总重量的38%左右，对于降低汽车能耗而言，整个白车身轻量化技术起着至关重要的作用。可以设想，当汽车车身重量减少其自身重量的1/2时，所有类型的燃油汽车或新能源汽车的驱动装置要比原来小（轻），能源消耗同样比原来要少（或跑的更远），这时动力能源体积又可以针对市场需求优化减小。当汽车车身轻量化达到一定的阶段，汽车车身的各部件都会跟着减小、减轻。1汽车轻量化技术发展的背景及意义

伴随着我国汽车智能现代化的进程，整个汽车工业的研究、

开发及生产的发展，汽车产业已成为我国经济的重要支柱产业之一。据2005—2017年中国汽车市场销量及增长走势（图1），

2017年我国汽车产量达到2888万辆，同2016年相比增加了30%，

成为世界第一大汽车生产国。截至目前，我国汽车保有量达到2.32亿辆。汽车轻量化，是在确保汽车安全行驶的条件下，保证汽车各部位的受力强度，通

过优化汽车整体重量提高汽车行驶的高效动力能力，促使动力能源与执行机构减小，减少燃料消耗，降低排气污染。当今我国

汽车燃油价格不断上涨、新能源电池的价格水涨船高，车体轻量

化已成为整个汽车行业的发展趋势。

当前，汽车行业发展面临三大问题：汽车燃油消耗，尾气排放是否符合国家环保标准要求，汽车受外力的强度能否确保汽车行驶安全。对这些问题，全球都在重视并制定了相应的能源和环保法规，并针对出现的问题不断提出优化改进措施。轻量化技术研究通过减轻汽车整体重量降低燃油消耗、减少排放。有关数据研究表明，若汽车整体重量减少20%，汽车燃油效率可提高12%耀16%；若车桥、变速器等联合滚动机构阻力减少20%，汽车燃油效率可提高7%。此外，车辆每减重100kg ，CO2排放量可减少5g/

km 。因此可见，汽车轻量化技术的特点就是降低燃油消耗，这对

于节约能源、减少废气排放、实现我国汽车工业可持续发展十分

重要。汽车白车身重量占整车重量的38%，汽车空运行状态下，约72%的燃油消耗都用在白车身重量上，因此汽车轻量化减重，对提高经济、环保、安全等因素至关重要。轻量化在车辆行驶及操控

的稳定性意义上的碰撞与安全性能上的提升相当满意。轻量化铝合金材料对冲撞能量的吸收，又提高了汽车行驶碰撞的安全性。

以降低能源消耗、降低排放污染等为出发点，汽车轻量化研究技术一直为创新冲压工艺、制造技术而不断探索。2铝合金材料在新能源汽车车身上的应用

铝合金材料的牌号依据非铝元素的种类与含量的不同，分为1000耀9000共9大系列。

新能源汽车车身用铝合金材料主要包括：铜元素含量最高、硬度较高的2000系列，主含镁元素、又称“镁铝合金”的5000系列，镁硅含量高、抗腐蚀和抗氧化性能好的6000系列，新能源汽车车身的不同受力部位采用不同系列型号的板材、型材、管材及高性能压铸铝等铝合金材料。

新能源汽车车身共分为4大区：淤骨架。车身受力最大的部位，采用2000系或7000系材料，可热处理强化。于外板。

车身次受力部位，采用5000系或6000系材料。盂车门。采用5000系或6000系材料。榆地板。采用5000系或6000系材料。3铝合金冲压工艺CAE 应用分析

随着科技的不断创新与发展，冲压产品的多样化、复杂化趋势

不可避免。针对这一复杂的技术工程，技术人员都希望在冲压产品

生产前有精确的模拟、分析和直观的论证。这些工作借助CAE

应

图12005-2017

年中国汽车市场销量及增长走势

设备管理与维修2018翼9

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）用分析软件得以实现，CAE(Computer Aided Engineering ，计算机辅助工程分析)是对白车身冲压件的设计、分析、数据管理、模拟试验、冲压运行仿真及制造的工艺设计过程。针对冲压产品的性能进

行设计和优化评价，以便在多个方案中找到最佳设计。汽车白车身冲压件开裂、反弹、起皱、回弹补偿、拉伸变薄等分析是冲压模具工艺设计数据的重要来源。反弹、变薄、起皱、拉裂是模具冲压件生产过程常见的缺陷，尤其在零件冲压拉伸深度深与机床压边力大小失控时出现。因此在产品冲压之前的模

具设计、

CAE 工艺分析尤为重要。通过产品冲压CAE 应用工艺分析，不但能准确计算出材料

拉伸成型时的板料流动情况、材料分布变薄的数据，还能判断产品冲压件的开裂与变薄，生产中降低报废率。

传统零件的成型性分析只能依靠设计人员的经验、评估来判断产品冲压模具设计及生产的可行性，造成后续开发过程中会出现很多问题。可通过ECR 设计优化更改产品的型面转角来

消除开裂、变薄。新能源汽车冲压模具的设计，CAE 冲压可成型性分析对工艺方案的确定非常重要，直接关系到后续模具的开发，也是缩短模具开发周期的关键。

4铝合金产品冲压模具研发注意事项

4.1拉伸类模具装配研发注意事项

（1）拉伸模工作型面抛光要光洁细腻，表面镀硬铬或TD

（Thermal Diffusion Carbide Coating Process ，热扩散碳化物涂层工艺）处理。

（2）

模具拉伸型面处硬度要求：外板逸70HRC ，内板逸55HRC 。（3）拉伸筋工艺补充较多，拉伸筋采用圆筋，拉伸筋R 角比钢件大。（4）铝件的滑移线在圆角上即合格，要求臆18mm 。

（5）压料圈着色优于钢件。（6）抛光钢件的砂纸最高可以是1000#，铝件一般需要达到

2000#砂纸的光洁度。

4.2翻边、

整形、成形类模具装配注意事项（1）翻边压料宽度（20耀25）mm 。

（2）翻边间隙为板料厚度的95%。（3）铝件翻边对镶块要求较高，镶块表面不能有砂眼、气孔，表面光洁度高，不能有明显划痕，否则易产生料屑（尤其是R 角处）。4.3修边、冲孔、落料类模具刃口与间隙装配注意事项（1）在铝件废料刀处采用断开筋结构，以减少料屑。

（2）刃口合入尝试5mm 左右，刃口基准深度8mm 。

（3）采用沉台阶凸模，以减少料屑。（4）修边尽量减少废料刀，同时考虑刀的锋利程度。（5）铝件修边、冲孔、落料间隙略大于钢件，铝件：（10%耀12%）伊料厚。（6）压料板着色宽度（10耀15）mm 。5铝合金产品冲压注意事项

铝合金具有质量轻、较软、防火性佳、加工工艺性好、色彩可选性广、装饰效果极佳、易于回收、利于环保等优点，但冲压时易

产生顶伤、压伤、刮伤、变形，生产中需要注意的事项：（1）冲压时遵循人、机、料、法、环全面质量控制与管理的理论依据。也是确保产品质量的5个主要因素。

（2）原材料检查。铝合金板料牌号、规格、尺寸，双面贴膜是否完好无损。

（3）开平作业。按工艺作业指导书，剪切所需要的材料尺寸

及规格。

（4）确认各工序冲压模具与冲压产品规格是否对应，检查导向、刃口、型腔、冲头、斜器等部位是否有损坏情况，并记录在模具履历表上。

（5）各工序产品冲压。根据冲压工艺作业指导书，实施各工序的冲压，并与每道工序样件对比冲压状态。

（6）首件产品确认。检查首件冲压产品，用3坐标按工艺作业指导书检查每项检测点，做好首件全检记录，确认产品符合率。（7）冲压过程巡检。巡检员按各工序生产的工序件检查冲压状态，在工序件上做巡检符号，在巡检记录按每批（30耀50）件检查记录一次冲压状况。（8）冲压成品检验。将成品件放在检具上，定位夹紧后，以每

100件/次检查冲压的产品符合率状况，做好批量冲压件检查记录，确认产品满足符合率情况。

（9）外观检查。将冲压成品件依次去除贴膜，检查产品外观，确认主要部位完好无损，总体质量符合要求时，再放入专用盛具内，挂上检查合格标签。（10）表面处理。外表面氧化着色处理，跟据表面着色工艺要求，处理达到相应的颜色，放入专用盛具内，存放到防尘车间，用

PP 膜封装整个盛具外表，

防止灰尘进入影响表面品质。（11）物流入库。确认数量与产品相对应后入库，做好ERP

（Enterprise Resource Planning ，企业资源计划）数据录入工作，确认入库数据与发货数据，等待发货。

6结语

随着轻量化技术的应用，汽车在提高外观造型美观性的同

时还能有出色的节能表现。汽车轻量化技术包括4个方面的研

究：淤整体车身从厚的普板向薄的高强度合金板转变；于整体车身从钢板（密度高）向高分子塑料件（密度低）转变；

盂整体车身从钢结构向铝合金等材料的转变；榆新型能源动力的开发与研

究。因此，车身变轻对于整车的燃油消耗、节能减排、车辆控制的稳定性、提高行车碰撞安全性都有很大的优越性。汽车轻量化是未来汽车在节能环保，降低污染等方面的重要发展方向。铝合金作为典型的轻型材料越来越被行业认可，全铝化车身是未来汽车轻量化发展的一种趋势。

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4.2017-07-26.

〔编辑李

波〕