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铝板特种加工之冷冲压加工


​目前汽车车身上使用的铝板主要有不可热处理的5000系(Al-Mg)、可热处理的6000系(Al-Mg-Si)和7000系Al-Zn-Mg-Cu)。5000系铝合金具有相对较好的成形性和耐腐蚀性,但其表面质量难以控制,主要用于汽车车身内板。600系铝合金综合性能好,主要用于车身板件;700系铝合金价格较高,但较高的强度可以使应用的板材更薄,进一步减轻重量,具有用作汽车车身高负荷结构件的潜力。铝合金的室温延伸率一般低于30%,部分7000系高强铝合金的延伸率不到10%,因此其板材的室温成形性较差。传统的钢板冷冲压技术只能用于成形形状简单、变形量小的铝钣金件,而形状复杂的只能通过单独冲压再连接来实现,生产效率较低,成本较高。另外,成形件的回弹较大。合金元素的加入和热处理工艺的优化可以最大限度的缓解这些问题。研究重点转移到将不同的制造技术引入铝板的成型中,并取得了不同程度的研究进展和工业应用。


铝板特种加工之冷冲压加工

铝板特种加工之冷冲压加工​


铝板液压成形采用液体介质代替刚性模具传递载荷,使板料压向凸模或凹模,通过控制液体介质的压力和压边力,使板料成形为所需形状的曲面零件。板料变形过程中特殊的应力状态和边界条件提高了其成形极限,并已应用于铝板金属车身覆盖件的成形。但这种方法需要配合补液等辅助工序,生产效率较低。

超塑成形是利用金属在一定条件下塑性显著提高的特点,在热环境下对板料的一面施加一定的压力气体,使板料膨胀,使其贴在凹模上。超塑成形可以成形各种具有复杂特性的大截面零件,载荷低,对模具材料的强度要求低,冲头简化成平板,设备和模具投资成本低。但超塑成形要求铝合金具有均匀细小的等轴晶粒(通常小于10μ m),变形时不易长大。变形温度大于0.5Tm (Tm为熔点温度)并保持恒定;应变速率为10-4-10-3s-1。严格的微观结构要求限制了可用的板材主要是特殊工艺制备的5000系列铝板等,成本较高。同时,极低的应变速率制约了生产速度。虽然多零件模具和冲压与预成形相结合的方法缓解了这一问题,但不足以扭转热胀成形只适用于高档汽车零件小批量生产的局面。因此,通用公司对传统的超塑成形工艺进行了改进,以增加设备和模具成本为代价,降低了成形温度,提高了成形应变速率(10-3-10-1 s-1)。改进后的T-5083铝板可用作成形板,已广泛应用于汽车车身覆盖件。但超塑成形要求坯料是多余的,以保证气密密封,成形后还需要额外的切边工艺。这些缺点限制了降低成本和提高生产效率的空间。

电铸实验表明,当应变速率达到103s-1时,6022-T4和7075-T6铝合金的室温成形性分别提高了70%和100%。然而,电水成形放电容易产生泄漏和飞溅,难以生产和应用。电磁成形是一种更容易实现的高速成形方法,但在此过程中只有少量能量转化为变形能,因此只适合成形较小的零件。

综上所述,冷冲压受限于铝合金的低室温成形性,在汽车车身部件成形中的应用范围有限;电铸和电磁成形通过高应变速率显著提高了铝合金的室温成形性能,但目前的技术水平还不适合工业化应用。且设备和模具投入成本较低的板材液压成形和超塑成形的生产效率较低,适合较低批量生产。鉴于冲压件成本随批量生产的增加而降低的特点,汽车工业批量生产的需求使得提高冲压工艺成为必要,其中将热处理与冲压相结合形成的热处理与冲压一体化技术已成为一个重要的发展方向。
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