变形铝合金在汽车白车身的应用.ppt

变形铝合金在汽车白车身的应用江淮汽车股份有限公司技术中心戴丽娟 提纲一 汽车轻量化的需要与必要性二 铝合金与汽车轻量化三 铝合金的分类与汽车板材用铝合金四 铝合金的成形性能分析及其局限性 一 汽车轻量化的需要与必要性 需求的不断扩大 能源因素 环保因素 成本因素 安全因素 法律法规的要求以及人们环保意识的加强 制造成本及市场压力 法律法规及客户的需求 汽车 瘦身 轻量化 的背景简介随着能源 环保及安全性能等的要求 轻量化的研究和开发已经成为世界各大汽车生产厂家提高竞争能力的关键 汽车轻量化的意义 其中 y 油耗量 100 k 油耗系数 0 0059 C 常数 1 2346 1310kg AudiA4neu2 0l Al 车身 Mg 变速箱外壳 Al 轻质轮毂 Al 底盘部件 高强度钢板 塑料件 110kg 160kg 重量增加 AudiA41 8l 1260kg AudiA4重量变化1994型 2002型 30 安全要求 22 舒适性 22 法规 15 附件设备 8 质量要求 重量减轻 轻量化技术路线 高强度材料低密度材料 成形技术连接技术表面处理技术 轻量化的途径 二 铝合金与汽车轻量化 铝的比重只有铁的1 3 因此铝合金对轻量化具有十分明显的意义 使用铝材开发车身优点 车身轻量化25 35左右突出的耐腐蚀性100 的回收利用性使用铝材开发车身缺点 与钢材相比成本高新技术开发 奥迪全铝车身 铝车门 铝材用于车门设计较多 也有不少车型使用全铝车身 但由于成本原因 基本都在高端车型采用 奥迪A8就是典型案例 国外铝门设计典型车型 为全铝车身 纯铝 1 系 如1000合金非热处理型合金Al Mn系合金 3 系 如3003合金Al Si系合金 4 系 如4043合金变形铝合金Al Mg系合金 5 系 如5083合金Al Cu系合金 2 系 如2024合金热处理型合金Al Mg Si系合金 6 系 如6063合金铝及Al Zn Mg系合金 7 系 如7075合金铝合金Al 其它元素 8 系 如8089合金纯铝系非热处理型合金Al Si系合金 如ZL102合金Al Mg系合金 如ZL103合金铸造铝合金Al Cu Si系合金 如ZL107合金Al Cu Mg Si系合金 如ZL110合金热处理型合金Al Mg Si系合金 如ZL104合金Al Mg Zn系合金 如ZL305合金 三 铝合金的分类与汽车板材用铝合金 纯铝 1 系 如1000合金非热处理型合金Al Mn系合金 3 系 如3003合金Al Si系合金 4 系 如4043合金变形铝合金Al Mg系合金 5 系 如5083合金Al Cu系合金 2 系 如2024合金热处理型合金Al Mg Si系合金 6 系 如6063合金铝及Al Zn Mg系合金 7 系 如7075合金铝合金Al 其它元素 8 系 如8089合金纯铝系非热处理型合金Al Si系合金 如ZL102合金Al Mg系合金 如ZL103合金铸造铝合金Al Cu Si系合金 如ZL107合金Al Cu Mg Si系合金 如ZL110合金热处理型合金Al Mg Si系合金 如ZL104合金Al Mg Zn系合金 如ZL305合金 中国变形铝合金的牌号表示法根据GB T16474 1996 变形铝及铝合金牌号表示方法 凡化学成分与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织 简称国际牌号注册组织 命名的合金相同的所有合金 其牌号直接采用国际四位数字体系牌号 未与国际四位数字体系牌号的变形铝合金接轨的 采用四位字符牌号 但试验铝合金在四位字符牌号前加X 命名 并按要求注册化学成分 四位字符体系牌号的第一 三 四位为阿拉伯数字 第二位为英文大写字母 C I L N O P Q Z字母除外 牌号的第一位数字表示铝及铝合金的组别 如1 系为工业纯铝 2 为Al Cu系合金 3 为Al Mn系合金 4 为Al Si系合金 5 为Al Mg系合金 6 为Al Mg Si系合金 7 为Al Zn Mg系合金 8 为Al 其它元素合金 9 为备用合金组 除改型合金外 铝合金组别按主要合金元素来确定 主要合金元素指极限含量算术平均值为最大的合金元素 当有一个以上的合金元素极限含量算术平均值同为最大时 应按Cu Mn Si Mg Mg2Si Zn 其它元素的顺序来确定合金组别 牌号的第二位字母表示原始纯铝或铝合金的改型情况 最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金或表示铝的纯度 我国的变形铝及铝合金表示方法与国际上较通用的方法基本一致 中国变形铝合金状态代号及表示方法根据GB T16475 1996标准规定 基础状态代号用一个英文大写字母表示 细分状态代号采用基础状态代号后跟一位 两位或多位阿拉伯数字表示 代号名称说明与应用F自由加工状态适用于在成型过程中 对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品 该状态产品的力学性能不作规定O退火状态适用于经完全退火获得最低强度的加工产品H加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度的产品 产品在加工硬化后可经过 也可不经过 使强度有所降低的附加热处理H代号后面必须跟有两位或三位阿拉伯数字T热处理状态 不同于F O H状态 适用于热处理后 经过 或不经过 加工硬化达到稳定状态的产品T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字 铝代钢材料的选取铝合金5000系列 6000系列最适合代替钢板 其中5系是热处理不可强化合金 成形性能良好 可用于形状复杂的车身零件 主要用于内覆盖件 6系是热处理可强化合金 可用于外板等强度 刚度要求高的部位 主要用于汽车外覆盖件 5000系合金中Mg是主要的合金元素 固溶于铝基体中 形成固溶强化效应 是一种热处理不可强化的铝合金 A1 Mg合金具有良好的抗腐蚀性和焊接性能 但退火状态的Al Mg合金在加工变形时可能产生吕德斯线 所谓吕德斯带是指退火的低碳钢薄板在冲压加工时 由于局部的突然屈服产生不均匀变形 而在钢板表面产生条带状皱褶的一种现象 和延迟屈服 因此主要用于车身内板等形状复杂的部位 目前 HANV5182 O材料 X5085 0及5182 O等材料已用于汽车车身内板 5系铝合金在完全退火状态状态下的AA5754和AA5454 被应用于汽车结构件和覆盖件 6000系合金中主要的合金元素是Mg和Si 并形成Mg2Si相 属于热处理可强化铝合金 AI Mg Si合金具有较高的强度 较好的塑性和优良的耐腐蚀性 与钢板相比 6000系 T4态板材的屈服强度和抗拉强度相近 硬化系数n值甚至超过钢板 目前 6009 6010和6016铝合金由于其塑性好 并在成形后的喷漆烘烤过程中可实现人工时效而获得较高强度等特征 被用于汽车车身外板和内板 AudiA8的车身板 即采用了本系铝合金 另外为增强汽车的缓冲能力和增强抗疲劳强度 德国VAW 日本KOK 中国西南铝加工集团均以此系合金为基础 研制和开发了高性能的汽车用铝板和铝型材 这种复杂断面形状的铝合金型材 不仅具有质量轻 强度高和抗冲击性好等特点 而且具有很好的挤压成形性能 容易制作 所以在汽车上将得到广泛应用 长安汽车公司使用徐州财发公司的6系铝合金薄板 使用于长安商务车CV11发动机罩外板 冲制的发动机覆盖件的成品率超过90 该项目实现了多项关键核心技术的突破 生产覆盖件的成本仅相当于用进口板材的50 左右 而产品的品质等同 目前财发公司已投资上亿元 形成轿车覆盖件6系铝合金薄板的生产能力为10kt a AudiA8采用6016 T4作车身板 车身外覆盖件以6016铝合金薄板冲制 其厚度为钢板的1 2 1 25倍 有些覆盖件的加强板也用的是挤压铝型材 铝合金板5182 O 6111 T4和6009 T4在某发动机罩内板进行了数值模拟 在此使用铝合金板代替St16钢板是可行的 并且6009 T4在这三种铝合金板中成形性最好 在LEXUSSC430车上 6000系列 铝镁硅合金 铝合金板材用于发动机室盖外板 5000系列 铝镁合金 铝合金用于发动机室盖内板 加强件 车顶和尾门窗框 在LEXUSIS300车上 6000系列铝合金用于尾门外板 5000系列用于尾门内板和加强件 在丰田PRIUS车上 6000系铝合金板用于发动机室盖和尾门板 四 铝合金的成形性能分析及其局限性 铝代钢材料的可行性分析 1 铝合金的成形工艺分析目前铝合金在汽车板材上的应用主要为两类 主要是因为设计上的不同而带来的分类 第一类是由奥迪A8为代表的挤压铝合金的太空结构 第二类是由福特 美铝公司为代表的大量铝合金板料的传统应用 两种方法均可以带来约40 的轻量化效果 但是挤压铝合金的太空结构尽管可以大大降低模具费用 因为减少了冲压件 但是该方法主要为小批量产品的设计方法 而第二种方法通过传统的板材替换方法 即达到了轻量化目的 又可在现有工艺基础上大量应用 其生产制造成本更适合工业化的大批量生产 铝合金板材在国际上及国内合资品牌主机厂的应用是十分广泛的 在应用上主要有以下几个关键点 1 对于外覆盖件 首先要解决的问题是 I 成形过程中的桔皮现象 II 各向异性性的问题 III 翻边开裂现象 2 对于内板 主要的难点是板材的深冲性能及拉延性能 目