為什么說鋁沖壓和液壓成型工藝是未來發展趨勢
2022年7月28日 10:16瀏覽：2232 收藏：1
當前汽車鋁合金板的應用得到了有效推廣，從奧迪的全鋁車身，到奇瑞捷豹路虎的部分鋁車身，再到江淮蔚來的ES8全鋁車身。
隨著鋁合金的全面應用，沖壓生產線技術也在不斷
的成熟完善。
和傳統鋼板生產一樣，沖壓生產分為：來料→拆垛分張→對中→拉延→切邊沖孔等工序→檢驗→裝箱，還有輔助工序：模具維修、工件返修等。區別主要在拆垛、分張及傳輸過程中。下面從人、機、料、法、環五個方面簡要分析。
人力資源作為沖壓生產成本的主要組成部分，將來大部分會被機器所替代，但目前來說是無法做到的，尤其是檢驗、維修、返修等相對技術要求較高的人員。相對于鋼板生產來說，由于鋁合金可塑性好的特性，出現產品缺陷的幾率高，所需要的檢驗、返修人員也多，項目初期，側圍等重難點件的返修率幾乎高達100%。檢驗人員要能準確、高效的判斷產品缺陷，返修人員要快速的修復產品缺陷，該兩類人員雖然是沖壓輔助工種，但也是鋁合金生產交付過程至關重要的，占整個沖壓人員約50%。其余操作人員和模具維修人員相較于鋼板生產可以正常配備。
壓力機為沖壓生產的關鍵設備，機器人為自動傳輸的設備。目前自動化生產線為新建沖壓標配，但部分工廠還使用人工上下料的原有舊設備。鋁合金對于壓力機的要求來說，主要體現在第一臺。原先第一臺為多連桿壓力機，其中八連桿、六連桿較為普遍，隨著伺服控制技術的應用，進口及國產大噸位伺服壓力機也得到認可。近幾年主機廠新建工廠中，涉及到鋁合金生產的，都配備伺服壓力機。伺服壓力機主要優勢為其曲線可控，即滑塊速度曲線可控，尤其是拉延過程，速度可以控制在300mm/s以內，最低可以達到125mm/s，相較于傳統壓力機，速度降低約50%以上，拉延速度的降低給板料減薄過程中的材料流動提供充足的時間，有效提高了產品成形質量。
在自動傳輸設備中，除了機器人外，還有拆垛分張、傳輸皮帶等輔助自動設備。相較于鋼板，這一部分的影響最大，最直接。因為鋁合金不能磁化的特性，拆垛分張設備不能使用傳統的磁力分張，需要風刀和機械輔助組合結構共同完成，其中風刀為壓縮空氣快速噴射通過板料縫隙將板料分開，機械為齒狀輔助抬高，根據不同的形狀還需增加防跑偏等機構。另一種影響較大的設備為傳輸皮帶，在線首拆垛后，通過皮帶機傳輸至清洗涂油機處，再傳輸通過雙料檢測，最后達到對中區域，整個過程傳輸3次，目前效果最好的為真空吸附式皮帶機。
板料方面，鋁合金主要有三個方面問題。第一，有效期：汽車鋁合金主要使用5系、6系鋁合金，有效期6個月，經過中間流轉的環節，工廠有效期3個月；第二，清潔度：在流轉及現場存放過程，鋁合金表面清潔度要保證，否則容易出現缺陷；第三，防變形：在流轉運輸過程，頻繁的移動容易使鋁板變形，尤其在沖壓線首上料過程，建議使用叉車上料，行車流轉容易變形。
鋁合金生產主要工藝方法和鋼板是一致的，但細節方面需要特別設計，比如回彈量、刀口間隙值、定位孔尺寸等，主要針對回彈、鋁屑、孔變形等問題。檢測方法還是采用傳統人工判斷，以眼看、手摸、油石等手段，隨著科技的發展，視覺或掃描等設備的不斷完善，相信未來可以實現自動檢測。
環境要求：潔凈度、溫度，這兩部分對鋁合金生產影響大，其中潔凈度低會造成外表件凸包的缺陷，目前沖壓車間尤其是設備內部地面要進行環氧地坪或者耐磨地坪，車間其余地方耐磨地坪，邊角部位難以處理的，可以做局部環氧地坪。車間實行封閉且微負壓設計，避免外部灰塵進入。
車間物流出入口設計在一側，并設置快速卷簾門，物料轉移使用叉車在外部裝卸，最大限度的保證潔凈度。溫度方面，考慮車間送冷風，一方面改善員工作業環境，另一方面，保證沖壓生產線封閉內部溫度不高于35℃，利于鋁合金表面油膜的保持。
從節拍及穩定性方面，傳輸設備優先推薦單臂機械手，其次雙臂機械手。由于各方面原因，選用機器人，節拍7～11spm，單臂機械手可以達到9～13spm，雙臂機械手可以達到10～15spm，還有一些更加優秀的，根據自己的規劃產量及投入資金選擇。拆垛分張要充分考慮板料形狀、尺寸，做好防跑偏、分張效果等方面的驗證，保證分張的效果，建議氣刀和機械組合使用；皮帶機強烈要求帶真空吸附式皮帶，鋼鋁通用性好，傳輸穩定。
壓力機首選伺服壓機，國產伺服壓機的表現也在提升，電機型號和布置方式要重點考慮維修方便性和可靠性。隨著氮氣缸在模具上的普遍使用，后續壓機噸位要適當提高，建議主機廠主流較大車型1300噸（或1250噸）。隨著各種車型外觀的復雜化，沖壓工序在增加，五序為最少配置，建議整線噸位配置2500+1300×3。研配壓機和試模壓機之間，推薦試模壓機，因為鋁合金模具在調試期間對機床的需求多，如果選擇研配壓機，需要占用主線資源配合研修模具，正式生產過程鋁合金對模具的要求也高于鋼板，試模壓機更適合。如果最后選擇研配壓機，噸位建議不低于350噸，配備慢速回程功能，以適應氮氣缸的反彈力對機床的影響。
鋁合金板的返修率高于鋼板，返修過程會產生大量鋁粉，屬于易爆危險區域，所以需要專業的除塵設備，建議選擇濕式除塵設備，并做好安全、環評等的設計。
隨著自動化程度的提高，各種傳感器的應用也在擴大，例如溫度傳感器、距離傳感器、雙料檢測傳感器、重量傳感器等，其中雙料傳感器為自動化拆垛、傳輸、端拾器等過程和部件上使用，因為鋁板與鋼板的不同，需要采用適合鋁板的雙料檢測探頭，建議通過式雙料檢測和接觸式雙料檢測配合使用，提高雙料檢測的準確性；溫度傳感器主要應用在壓力機主傳動關鍵部位，例如軸承、銅套、主軸等，通過溫度監測關鍵部位的狀態；距離傳感器應用在接近開關、末料檢測等方面，針對傳感器的型號和適用范圍，選擇合適的傳感器，保障設備的安全穩定運行。
Audi奧迪R8采用全鋁車身設計，R8車身的高性能復合材料被稱為 Audi Space Frame（AFS），其總重量只有 210 公斤，不到鋼鐵車架的一半重，但是強度和抗沖擊性能都十分出色。整個車體成分里，70%是鋁合金、13%是增強碳纖維（CFRP）。用奧迪自己的話來說就是：「把正確的材料以正確的數量放在正確的位置」。
（Hydroforming）打造了R8完美空力弧度
Tesla特斯拉Model S 97%車身為輕質鋁合金打造，一卷鋁材的費用是3萬美元，打造全車需要50-60種不同的鋁卷材，全鋁合金車身的重量僅為190kg。
TESLA使用的串聯式液壓沖壓生產線（Schuler SMG hydraulic tandem stamping press lines）是世界第六大的沖壓生產線，總噸位達到11,000噸，每6秒出一件鋁材沖壓件，每天可生產出5,000件。
Jaguar捷豹國內首家專制全鋁車身車間在（奇瑞捷豹路虎）常熟工廠竣工投產，新版本的XF鋁合金應用比率高達75%。
據了解，捷豹常熟新工廠使用世界最快的5序伺服沖壓生產線（3秒/件、High-speed servo press line），世界最快的機械沖壓生產線（4秒/件），可自由在鋼鋁材之間無縫切換，75%的模具即可用于伺服高速沖壓線也可用于機械沖壓線。
伺服沖壓生產線在未來全鋁車身沖壓解決方案中或將變得舉足輕重！
蔚來汽車與江淮汽車展開深入代工合作，雙方基于世界先進的輕量化全鋁車身平臺先后推出了ES8與ES6車型，而首款合作車型ES8也成為國內第一輛完全自主的全鋁車型，該車憑借全車身高達96.4%的鋁材使用率，讓ES8成為全世界量產的全鋁車身中鋁材應用量比例最高的車型，一舉成為了全球輕量化電動車的行業翹楚之一。
全鋁車身越來越吃香，會不會最終取代鋼鐵呢？答案是肯定的，但短時間內無法做到。據美國市場研究機構Ducker的一份報告稱，目前僅有1%的汽車為全鋁車身，預計到2025年，這一數字將達到18%。
眼下，歐洲車企也只是在高利潤率的車型中擴大了鋁材料的應用。原因很簡單，全鋁車身的成本太高。目前，鋁的價格約每噸3萬元，而每噸鋼材的價格僅為7000元左右。如此懸殊的價格差，使很多企業對全鋁車身望而卻步。
但是，在減少環境污染和燃油經濟性等多重壓力下，汽車輕量化已逐漸成了共識。要減少汽車對環境的污染，就要提高汽車的能效，而提高能效主要途徑有三條：提高發動機能效、減小風阻、減少車重。三者當中，發動機技術和汽車設計已然成熟，可提升的空間小、成本高。所以，只剩下車身輕量化尚有很大的潛力可挖。
據國際研究機構實驗表明，如果汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%至8%；汽車整備質量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3至0.6升。以鋁代替傳統的鋼鐵制造汽車，可使整車重量減輕30%至40%；用鋁制造發動機，可減重30%；鋁制散熱器比相同的銅制品輕20%至40%；轎車鋁車身比原鋼材制品輕40%以上。所以，用鋁材代替鋼鐵造汽車，減重效果顯著。
總結來說，全鋁車身的汽車更輕、更省油、更安全、更好駕控、更耐腐蝕性，是未來汽車輕量化發展的一大趨勢。
而鋁材（沖壓）成型工藝作為全鋁
車身汽車的第一大工序也必將經歷技術革新的過程。
液壓成型、伺服成型還是鑄鋁擠壓成型等技術工藝，哪種方案最終能在產能、品質、成本中取得平衡，其或將成為鋁材（沖壓）成型工藝的主流。
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