|
摘要：零部件铝化是现代汽车轻量化的重要措施，介绍了一种高性能抗冲击汽车铝合金防撞梁型材的研制与应用情况，供同行参考。 关键词：汽车轻量化；铝合金防撞梁型材；高性能；抗冲击性； 1.问题的提出及解决办法 2009年9月，奇瑞汽车股份有限公司要求我公司研制一款汽车防撞梁型材。考虑到铝制型材后期弯曲加工过程中回弹的影响，为保证弯曲精度，奇瑞公司对材料力学性能的范围做了严格要求。生产该类型产品，既要保证性能与质量，又要有较高的成品率，对挤压厂家来说是一种挑战。我公司从实际情况出发，抓住难得的市场机遇，以产、学、研的形式组成铝合金汽车防撞梁铝型材研发小组，通过自主立项，研制高性能、抗冲击铝合金防撞梁型材，经过两年的研发，成功实现产业化并推广应用。 2.应用领域、技术要求及生产难度 2.1 高性能、抗冲击汽车铝合金防撞梁型材用作汽车上的安全部件，具有较高的力学性能、优良的耐腐蚀、可焊、冷弯曲加工等综合性能，并且要求有较好的吸震性能效果。本项目所研发的高性能、抗冲击汽车铝合金防撞梁型材产品符合国家《产业结构调整指导目录（2011年）》鼓励类第5款“交通运输、高端制造及其他领域有色金属新材料生产”以及第十六项“汽车轻量化材料应用”的要求。属于国家支持加快培育、发展的战略性新兴产业用材料。 2.2 （1）产品的牌号、状态：6082E-T66应符合GB/T6892-2006的规定，并且其室温力学性能还应符合表1的规定。通过研制，本项目在6082合金基础上经成分优化和改进，成功研制出一种符合用户苛刻要求的新型6082E-T66合金材料。力学性能要求见表1。 （2）尺寸偏差应符合GB/T6892-2006规定。 （3）型材通过氩弧焊接后，焊缝上无砂孔、横向和纵向裂纹。 （4）ROHS 微量元素检查无汞、铅、六价铬及镉等有害元素。 2.3 从增大材料的截面惯性矩、提高构件的截面刚度出发，鉴于铝合金具有优良的成形性，防撞梁用铝合金型材的截面形状一般都设计成“口”字形、“日”字形、“目”字形等单孔或多孔型材。不同截面形状的防撞梁型材具有不同的截面惯性矩。本项目研制的防撞梁用铝合金型材，既具有较好的构件刚度，又具有较高的冲击韧性和吸能性能，见图1。 2.3.1 根据用户要求，其力学性能要应达到：抗拉强度≥330MPa，屈服强度≥300MPa，断后伸长率≥10%。综合力学性能保证成为技术难点。尽管6082合金有许多优良的性能，但是，由于用户对屈服强度的要求比国家标准(GB6892-2006)提高了25%以上，而断后延伸率提高了66.7%；加之6082合金的淬火敏感性较高、挤压性能欠佳，而防撞梁型材又属于双孔或多孔复杂断面型材，生产中产生淬火扭曲的现象会很严重。因此，除了必要的工艺措施外，还必须对合金成分进行精细的研究和优化，以保证要求性能的实现。本项目在6082合金基础上优化开发了6082E合金材料，见表2。 通过优化成分后，其力学性能有了大大的提高，如表3所示。 2.3.2 型材截面结构选择及模具设计优化是保证型材具有良好几何特性和高效生产的重要保证，也是本项目存在的一个技术难点。通过数值模拟技术优化出以铝代钢的铝合金防撞梁型材截面结构（见图2），并通过特殊的分流组合模具的优化设计，有效降低了挤压力，大大地延长了模具的寿命，并使挤压速度得到提高，提高了生产效率和模具的寿命，降低了加工成本。 3.主要研究内容及工艺技术措施 （1）合金成分优化、微合金化技术及高质量铸锭制备研究。在6082合金的基础上，根据材料的实际使用需要，通过增加微量元素，研究主合金元素Si、Mg的配比及微量元素Mn、Ti、Cr等对合金组织和性能的影响，优化出最佳的合金成分，通过铝合金熔体洁净化、纯化、凝固组织控制、细晶化技术以及铸棒均匀化制度研究，优化熔铸铸造工艺参数，生产出优质的铸锭，从而获得强度性能指标高、韧性好、耐蚀性强、而淬火敏感性较低，便于生产的铝合金汽车防撞梁型材的合金铸锭。本课题把该开发的合金命名为6082E。 （2）铝合金防撞梁型材截面形状选择及模具设计研究根据不同客户要求设计不同截面形状的铝合金防撞梁型材，并采用CAE进行碰撞模拟分析，选择合理的铝合金防撞梁型材截面形状；根据截面形状开发出既能满足形状尺寸需求，又能降低模具阻力，提高模具寿命和挤压速度的模具。 （3）挤压工艺优化及控制技术研发。应用短行程前上料挤压工艺流程，大大缩短了挤压辅助时间，提高生产效率；铸棒加热采用梯度加热方式，确保挤压产品的性能稳定和能耗的最低化；利用闭环控制技术，结合铸棒温度梯度、挤压速度、挤压出口温度，实现温度挤压。采用PLC自动控制与工业计算机两种控制系统，保证工艺参数的可重复利用。 （4）大型超长复杂铝合金型材精密气－水－雾在线淬火工艺的研发。在原有在线淬火装置设备的基础上添加了自行设计制作的特殊结构部件，可实现多区段、可自动控制的风冷、水冷及其相结合的多方式的在线淬火多级冷却装备，可进行多种复杂铝合金型材的精密气－水－雾在线淬火的系统及装备。 （5）型材的时效热处理。通过对固溶处理的产品采用不同的时效工艺制度控制型材的内部组织和性能，使之符合客户的要求。 4. 主要研究成果及其创造性和先进性 （1）研发出新型的6082E-T66合金状态，并通过采用先进的设备，优化熔铸工艺，制备出ϕ178mm和 ϕ203mm直径的铝合金铸锭，能满足铝合金汽车防撞梁型材的组织与性能要求，且满足批量生产的需要。 （2）根据型材的截面形状，通过模具的多次优化设计，型材的突破压力从245bar下降到205bar，型材的挤压出口速度从7m/min上升到13m/min，且型材中间的两条加强筋被拖裂的情况得以控制，材料的力学性能和焊缝组织都有了很大的提高，满足了客户的要求。 （3）研究开发出型材挤压和热处理的优化工艺，利用等温挤压系统获得了高质量、高成品率的产品，开发出符合型材冷却曲线要求的在线精密水-雾-气淬火装置与工艺。 （4）与国外同类先进产品与技术比较。铝合金防撞梁型材作为汽车上的安全部件，具有较高的力学性能、优良的耐腐蚀、可焊、冷弯曲加工等综合性能，而且各种性能达到合理匹配。本项目研制的铝合金防撞梁型材，选用了在6082合金基础上经成分优化和改进的新型6082E合金材料，并采用先进的熔铸设备与优化工艺参数制备了优质的铸棒，在2000t挤压机上采用特殊结构的模具和优化的挤压工艺及新型在线精密水、雾、气淬火设备生产出了优质的产品。经理化检验和金相分析，产品具有良好的组织和优良的匹配的综合性能，大大超过了GB/T6892-2006的标准水平，同时也超过了国外和国内许多厂家同类产品的水平（见表4）。 目前，国内外尚无与本项目研发的6082E铝合金车防撞梁型材性能相同的相关报道。 5 .效益及推广应用前景分析 5.1 自2009年9月我公司立项投入科研力量和资金进行汽车防撞梁型材的研发，于2011年8月开始产业化生产。两年多来，已为奇瑞汽车股份有限公司、扬州宝良汽车系统有限公司等众多汽车厂家提供了6190t防撞梁型材，获得了良好的经济效益和社会效益。到目前为止，我公司供给奇瑞汽车等公司的防撞梁产品量约为280t/月，三年来累计其总量为6190t，新增利税1565万元。 5.2 本项目的实施可直接带动广东省和清远地区的汽车轻量化产业发展，降低本地区汽车轻量化产业成本，对提高本地区铝型材行业产业结构转型升级具有十分重大的战略意义。如推广应用到全国各地，对发展我国特色汽车工业也具有积极意义。根据欧洲铝协和美国铝业公司的数据：如果用铝合金代替钢做汽车防撞梁，则行驶20万公里可减少61kg的CO2排放；汽车平均用铝45kg，则行驶20万公里可节油375L。由此可以推算出6190t防撞梁型材应用到汽车上，这些汽车行驶20万公里所产生的直接社会效益。 5.3 目前世界汽车年产量约7000万辆，保有量约8亿辆，中国2011年汽车产量近2000万辆，保有量超过1.2亿辆。我国是一个汽车生产和消费大国，急需提高汽车的现代化水平和国产化水平，因此，研发汽车铝合金防撞梁对于落实国家汽车轻量化的产业政策，提高我国汽车工业现代化、国产化水平及健康发展都具有重大意义。本项目所研发的铝合金防撞梁型材属于国家提倡的节能环保产业，采用新型的合金及新型高精密挤压模具结构来实现汽车轻量化产品的制造，是国家汽车轻量化战略的重要支撑技术产品之一。 目前，汽车用防撞梁铝合金型材生产过程中主要碰到的问题：一是力学性能与工艺性能的统一；二是冷却变形使成品率大幅下降，现在一般企业的厂内挤压成品率大约变动在72%～80%之间。针对上述情况，我公司主要通过优化镁硅含量取得适当的力学性能和工艺性能的平衡，保持材料优异的挤压性和较低的淬火敏感性，而且创新性设计制造了一个符合该型材冷却工艺的在线淬火装置，使得型材在生产过程中既克服了中空薄壁型材淬火容易变形的问题，同时又满足了力学性能的要求。产业化应用两年多来，项目产品获得了用户的一致好评。 本项目攻克了一系列关键技术难题，使铝合金汽车防撞梁型材各项性能完全达到了用户要求，并达到或超过国际同类产品的先进水平，同时具有较高的生产效率、成品率和模具寿命，成本也大大降低，实现了产业化批量生产。铝合金防撞梁经过近几年的发展推广，目前正处于快速应用阶段。结果表明，用铝合金防撞梁来替代钢结构是具有很大优势的，也是未来汽车防撞梁的主要材料。本项目推广应用前景广阔，具有重大的社会效益和经济效益。 6 .结 论 轻量化是现代化汽车的重要发展方向，新研制的6082ET66高性能、抗冲击汽车铝合金防撞梁型材对汽车现代化发展具有主要意义。本项目在6082的基础上利用微合金化理论优化成分研制出6082ET66合金；采用先进的熔铸设备和工艺制备了优质铸锭；研制出新型模具结构并制备了优质精密的模具；采用先进的挤压工艺及新型在线精密水雾气淬火及先进的时效工艺（T66），保证防撞梁型材具有高的力学性能、高精密尺寸精度与形位公差及高表面质量与耐腐蚀性能等综合性能，达到了世界同类先进产品的水平。具有显著的经济效益和社会效益，有广泛的推广应用前景。 来源：期刊-《铝加工》 |
|
|
来自： 大脸猫CXX1987 > 《新材料》
