铝合金汽车板生产工艺技术及装备研究

铝合金汽车板生产工艺技术及装备研究

徐飞刘振广陈鹏委

长城汽车股份有限公司徐水分公司河北省保定市071000

摘要：随着国内外铝合金汽车板在汽车上的应用现状、合金应用情况，并对国内外铝合金汽车板的生产及消费现状进行了阐述，同时指出了我国铝合金汽车板发展存在的问题并提出了相应的建议.

关键词：铝合金；汽车板；应用；生产现状；

前言：在世界汽车工业日益重视节能、环保的迫切形势下，减轻汽车自重以降低能耗、减少废气排放和提高效率已成为各大汽车企业提高竞争力的重要方向.使用铝合金代替钢铁材料则是各国汽车制造商采用的主要减重手段之一.汽车质量每减轻1%，可节省燃料消耗0.6%～1.0%.如果每辆轿车减重100kg，那么行驶100km可减少油耗0.48L.其明显的减重节能效益使汽车铝材的用量与日俱增，铝合金板主要应用于汽车的发动机罩、挡泥板、车门、车顶及行李箱盖等部件.

1汽车应用铝合金的种类及特点

目前主要是汽车的覆盖件应用铝合金板材，主要有三类，即2000系列、5000系列、以及6000系列，每个系列所含的铝合金元素不同、质量也不同。其中2000系列，也叫AI-Cu系列，如2036铝合金，其具备良好的锻造性、焊接性以及硬化性，在加上Cu，有效的提高了铝合金的力学性能，尤其是涂装烘干后的30分中左右，其硬化性还会上升到一个档次。但是跟其它铝合金相比，其抗腐蚀性比较差，因此最近几年应用的不是很广。

5000系列铝合金具有非常高的抗腐蚀性特点，其含有Mg原子，跟铝可以相溶，形成固溶强化效应，从而成为了非热处理强化合金。由于汽车覆盖件的内板形状比较复杂，强度要求也不是很高，因此经常应用5000系列的铝合金来提高其抗腐蚀性。

2铝合金汽车板生产工艺介绍

2.1铝合金汽车板生产工艺概述

铝合金汽车板要求包括良好的成形性、一定的抗时效稳定性、良好的烘烤硬化性、高的抗凹性、良好的翻边性、较好的表面光鲜性、较好的表面处理及涂装性能，铝合金汽车板的这七种性能既互相关联，又相互矛盾，如何改善合金成分、调整工艺参数得到最佳的综合性能，满足轿车覆盖件冲压成形的要求是汽车板研发的主要目标。因此铝合金汽车板生产工艺是非常复杂的，需要长时间的摸索和不断完善，而且更离不开与下游用户的紧密配合。

铝合金汽车板的生产工艺特点为：优化合金成分，改善合工艺性能；采用合适的轧制工艺和热处理工艺，以得到细晶粒和细化的第二相，满足成形或翻边性的工艺要求；采用专用的气垫炉实现特殊的热处理工艺，赋予板材高的抗时效稳定性、成形性和烘烤硬化性等特性，从而开发出高强度、高成形性、表面质量优异的铝合金板带材。

2.2铝合金汽车板生产特有工艺

铝合金汽车板生产特有工艺主要包括固溶淬火、预时效、表面处理工艺。

（1）固溶淬火及预时效处理

6xxx铝合金具有烘烤硬化性，在汽车厂涂漆烘烤时硬度会明显上升，因此6xxx铝合金板带的供货状态实际上是预时效T4P。5xxx车身板的供货状态时O状态。6xxx的固溶淬火、预时效和5xxx退火都在连续热处理炉内进行。

要求开卷后的带材在短时间内被加热到固溶处理温度后进人保温区，保温短时间立即进人淬火区，进行水淬或强风淬火（6xxx铝合金的淬火敏感性低，可以进行风冷）。为了提高铝合金的烘烤（BH）性能，可适当提高固溶处理温度，但不能过高，以免过烧；同时，提高固溶处理温度，残留的第二相质点减少，材料的弯曲性能更好。

预时效处理在带材矫直、钝化之后进行。预时效温度不高，一般在70～110℃间，温度过高对烘烤后的强度不利。

（2）表面处理

矫直后的铝带材需要进行表面处理，这是铝合金汽车板生产中的一道重要工序。通过表面处理在铝带材表面形成一层保护膜，一方面可以保护铝带表面不被氧化腐蚀，另一方面可以增强铝带在后道工序的粘着力，有利于吸附润滑剂、冲压成形；增强与油漆、粘接剂的结合，有利于车身的黏接和上漆。

表面处理的方式有以下三种：

1）浸涂

汽车厂粘接工艺需要的有机磷酸钝化就是采用这种方式。粘接工艺是近年汽车制造业研究和推广的新工艺，该工艺防腐蚀性能、抗冲撞性能都优于焊接工艺，质量也更轻。

2）喷涂

在美国（美洲）普遍使用喷涂。喷涂的特点是投资小，涂层厚度均匀性比辊涂稍差，一般也能满足产品对涂层厚度的要求，但喷涂过程中会产生大量废水，涂料在槽内对温度变化不敏感，更换涂料时间长且浪费较多。

3）辊涂

辊涂的特点是涂层厚度更加均匀、可靠，化学试剂消耗量少，能耗少，更换涂料快，但一次性投资比喷涂大。欧洲主流汽车生产厂家的钝化工艺倾向于用辊涂。

3铝合金汽车板主要生产设备

3.1铝合金汽车板生产通用设备

（1）熔铸设备

熔铸主要设备：熔炼炉、保温炉、铸造机生产线、均热炉、在线精炼线等。对于熔铸车间的主要设备，目前除了铸造机和在线精炼设备需要进口外，其它设备国产也可以满足需要。目前国内很多大型的高精铝板带厂的熔铸设备均可满足汽车板的生产需要，提供所需规格的铸锭给热轧车间。

（2）热轧设备

热轧主要设备：铸锭加热炉、1+X热连轧机组（1代表热粗轧机、X代表热精轧机）。

铸锭加热炉主要用来铸锭热轧前的加热，一般采用天然气加热的立推式铸锭加热炉，目前引进设备一般采用Ebner的。

（3）冷轧设备

冷轧设备：单机架冷轧机组或冷连轧机组、轧辊磨床、电火花＼激光毛化机床。

铝合金汽车板对板型和表面质量有较高的要求，因此冷轧机一般多是六辊单机架冷轧机或冷连轧机，一般均为国际一流水平的冷轧机。

（4）剪切设备

用于铝合金车身板成品剪切的设备有横切机和激光切割机。激光切割机可以按照汽车厂冲压工序的要求，把横切机剪切的矩形断面板材进一步切割成异形断面板材。

3.2铝合金汽车板生产专用设备

铝合金汽车板生产的专用设备为气垫式连续热处理机列，可获得表面质量高的带材，可获得较好的内部组织，可实现多种热处理工艺，可实现热处理过程连续进行，处理时间短、生产效率高、自动化程度高。

机列主要由3段组成：

（1）入口段：主要包括上卷车、开卷机、对中装置、剪切机、切头剪、带材缝合机、去毛刺机、切边剪和碎边剪等、清洗段、入口活套。

（2）工艺段：主要包括气垫炉、拉弯矫直机、表面处理段。

（3）出口段：主要包括出口活套、带碎边剪的切边剪、预时效炉、静电涂油机、出口剪、单卷取机、皮带助卷机、卸卷车等。

冷轧卷在固溶淬火处理之后，还需要经过矫直、表面处理、预时效、涂油、剪切等工序才能生产出成品铝合金车身板。包括热处理在内的这些工序可以在单独的几条机列上完成，也可以在一条具备各种功能的机列上实现，即气垫式连续热处理机列。据介绍国外最长的气垫炉生产线长达300米。

结语：汽车轻量化就是要应用一些轻质的材料，比如铝合金板材，其特点就是密度小、强度大、耐腐蚀性强、抗冲击性也比较好、以及再生性强等，因此深受广大汽车企业的欢迎。

参考文献：

[1]铝合金在轻量化车身中的应用及连接技术[J].宋筠毅，刘东阳，张正林，贾庆旭.上海汽车.2016（06）