0  引言

隨著現代汽車制造業的不斷發展，汽車制造材料更加強調安全性、美觀性以及可回收性且要實現輕量化。而鋁合金憑借其密度小、耐腐蝕性好等優良性能，且鋁合金的塑性優良，鑄、鍛、沖壓工藝均使用，逐漸成為現代汽車制造業的“寵兒”。鋁合金在現代汽車制造業的應用十分廣泛，其在汽車的諸多部件中都有應用，并取得了良好的效果。有資料表明，用鋁合金結構代替傳統結構鋼，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用。

1     鋁合金材料的特點

由于鋁的質量輕，約為鋼的1/3，熔點低（660℃），延展性和流動性好，易于加工，可制造各種復雜的零部件。另外鋁的表面與空氣中的氧氣形成致密而穩定的氧化膜，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度和硬度，除固溶強化外，有些鋁合金還可以熱處理強化，使有些合金的抗拉強度可超過600MPa。

2     鋁合金在汽車中的應用分類及其選材

2.1   鋁合金在汽車身上的應用分類

當前，用于汽車制造業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

車身結構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）開發和運用成熟的合金為主，主要有6005A、7003等，日系以昭和電工、古河電工、神戶鋁業、住友、日輕工開發的合金為主，主要有6N01、7N01、7005等，歐系則主要以海德魯、薩帕鋁業開發的合金為主，主要有6082、6013。

總體來說，車身材用到大多數中等強度或中等偏高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，前面是一些傳統合金，后面是一些Mg/Si優化過的新合金。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Mg₂Si平衡狀態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    車身結構件對鋁合金擠壓型材的性能要求

3.1   具有適當的強度和剛度

    在汽車上用鋁合金，主要需求為替代鋼鐵、實現輕量化。結構整體強度需要達到輕量化后汽車使用需求。根據中國汽車輕量化線路圖近期（2016-2020）提出的要求，AHSS級高強鋼強度目標值600MPa。

3.2    具有較好的抗疲勞性能

   由于汽車長時間、長距離使用，結構件不可能更換，鋁合金耐疲勞性質顯得十分重要。

3.3   耐腐蝕性

因為表面防腐工藝的采用，汽車部品不害怕外界環境腐蝕，但是材料因通過多道次冷加工、連接，形成的應力腐蝕、電化學腐蝕對汽車產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，就是因為抗腐蝕性引起的。

4.  汽車車身結構的彎加工

目前，在汽車工業中，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，而引人關注的是鋁合金型材框架的車身結構，且越來越受到廣泛的應用，這些零件的特點是將直型材彎曲到最終要求的復雜形狀，并滿足尺寸精確、硬度達標等要求。傳統成形工藝一般采用繞彎、滾灣、拉灣和壓彎等彎曲方法，下面主要從旋轉拉曲、滾輪彎曲、拉伸彎曲以及擠過彎曲等方法進行對比簡略的介紹汽車車身結構件的彎加工。

4.1.1旋轉拉曲法

對簡單的斷面形狀進行二維彎曲時，加工精度與生產效率高。這種方法的材料送入速度與模具旋轉時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，或要求高精度時，可邊調整滾輪位置邊對材料進行重復加工。相同的滾輪多用于加工斷面尺寸不同的型材的型材，模具費比較低，但加工精度及生產效率不高，所以不適于大批量生產。

4.1.3   拉伸彎曲法

因模具費用高在成本方面不占優勢，但有變形的自由度高及加工精度高等優點。

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防

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

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

(2)  塑性變形區的材料中總是伴有彈性變形區，所以型材彎曲成形時，即使型材整個截面全部材料進入塑性狀態，卸載之后，塑形變形區中的彈性變形部分立即恢復，導致回彈的產生。

回彈是影響、制約模具設計和產品質量的重要因素。在實際彎曲成形過程中，為了減小回彈對彎曲精度的影響，通過反復試模、修模或數值模擬技術確定型材彎曲的回彈量，再通過模具補償使彎曲出來的型材達到所需要的精度。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量。這些缺陷的產生與型材的彎曲能力有關。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生的缺陷，這嚴重制約了產品的應用，如何有效地解決這些問題，是完善彎曲工藝的一個重要方面。這些缺陷表現主要在a起皺；b扭轉；c橫截面的變形；d彎曲后型材外層和內層的壁厚不一致；e外層破裂和內層塌陷等。

4.2鋁合金車身及鋼鋁混合車身的連接工藝

根據輕量化車身材料的特點、零部件選擇位置的差異，相應的焊接技術也有所不同，目前比較常用的鋁合金焊接技術有自沖鉚連接（SPR）、熱熔直鉆（FFS）、鋁點焊、冷金屬過渡技術（CMT）、焊接機器人、激光焊接技術及金屬粘結技術等。

5   結語

汽車工業中，零件的輕量化和高強度對于汽車的節能降耗、提高安全系數有顯著作用。鋁合金因為具有良好的成型性能和較好的強度、耐腐蝕性且成本低等優點，被越來越多地應用到車身中。隨著科技的不斷進步，提高汽車用鋁量，實現車身輕量化，已經成為當今汽車制造業不可或缺的一個選擇。