趙倩文　張銘潔　何健豪　劉倩南　李振興

摘 要：本文闡述了鋁合金機(jī)罩的材料種類(lèi)、延伸率、時(shí)效性要求，翻邊性能、包邊類(lèi)型及設(shè)計(jì)參數(shù)。鋁合金機(jī)罩方案與原鋼制機(jī)罩相比，具有輕量化優(yōu)勢(shì)，降低整車(chē)質(zhì)心，提升行駛穩(wěn)定性及更好的行人保護(hù)性能。

關(guān)鍵詞：鋁合金機(jī)罩 延伸率 翻邊性能 包邊

1 前言

由于汽車(chē)電動(dòng)化率提升，乘用車(chē)輕量化要求更加迫切，鋁合金材質(zhì)密度低、重量輕、耐腐蝕性好，鋁合金機(jī)罩在汽車(chē)的應(yīng)用更加廣泛。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋁合金機(jī)罩局部剛度與鋼制機(jī)罩持平。鋁合金機(jī)罩比鋼質(zhì)機(jī)罩減重30～50%[1]，可以提升碰撞行人頭部撞擊保護(hù)性能[2]。

本文通過(guò)對(duì)標(biāo)及實(shí)物驗(yàn)證，明確鋁合金機(jī)罩的材料組成、材料種類(lèi)、延伸率實(shí)測(cè)、時(shí)效性要求，從材料組成、特性層面明確鋁合金機(jī)罩的材質(zhì)要求。涉及鋁合金機(jī)罩外板翻邊性能驗(yàn)證、包邊類(lèi)型及機(jī)罩總成的設(shè)計(jì)參數(shù)，從設(shè)計(jì)與制造技術(shù)層面規(guī)避鋁合金機(jī)罩實(shí)物出現(xiàn)失效的風(fēng)險(xiǎn)。確保鋁合金機(jī)罩產(chǎn)品質(zhì)量，為此輕量化技術(shù)的橫展應(yīng)用創(chuàng)造條件。

2 鋁合金機(jī)罩材料組成及特性

2.1 鋁合金機(jī)罩材料組成

鋁合金機(jī)罩由機(jī)罩外板及內(nèi)板組成[3]，6系鋁合金通常用來(lái)做外板，6系或5系鋁合金為內(nèi)板材料，6系材料具有熱處理強(qiáng)化特性， 5系鋁合金不具有熱處理強(qiáng)化性。鋁合金機(jī)罩外板及內(nèi)板材料料厚對(duì)標(biāo)如下表1所示。

2.2 鋁合金機(jī)罩材料特性

2.2.1 材料延伸率

本文闡述研究的鋁合金機(jī)罩為吉利某電動(dòng)車(chē)車(chē)型，基于與鋼制機(jī)罩的等剛度材料替換原則[4]，定義鋁合金機(jī)罩外板為6016鋁合金，料厚0.9mm，機(jī)罩內(nèi)板為5182料厚0.9mm。

鋁合金板材均勻延伸率要求，折彎90°時(shí)，均勻延伸率≥20%. 6016鋁合金板材延伸率的實(shí)測(cè)值如表2。

由上表可知，鋁合金機(jī)罩的時(shí)效性要求在180天內(nèi)，可滿(mǎn)足勻延伸率≥20%要求。即超過(guò)180天時(shí)效的鋁合金板材，延伸率不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)大。

2.2.2 材料延伸率材料翻邊性能

采用如圖1翻邊性能試驗(yàn)裝置測(cè)試板材翻邊性能。板材放置于支撐輥上方，支撐輥與壓頭均為鋼制件。

板材取樣要求：分別按照軋制方向的0°和90°取樣，經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸10%后，并切除預(yù)拉伸夾持端，

兩支撐輥間距d=2*t+2*Rp，其中t為板材厚度，Rp為壓頭底部半徑，

壓頭厚度Wp=2*Rp，

壓頭及支撐輥表面需保持潤(rùn)滑。

翻邊因子f=Rp/t

具體材料翻邊性能評(píng)價(jià)：

在未發(fā)生初始應(yīng)變的情況下，經(jīng)不同自然時(shí)效時(shí)間的板材，按翻邊因子0.5的條件下測(cè)試，比對(duì)下圖2翻邊評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)照表。

5級(jí)為表面無(wú)可視性缺陷，4級(jí)輕度表面粗糙化，3級(jí)為明顯表面粗糙化，2級(jí)表面小裂紋，1級(jí)為連續(xù)性表面裂紋

翻邊評(píng)價(jià)3-5等級(jí)翻邊性能可接受，等級(jí)1級(jí)和2級(jí)為不可接受等級(jí)。

3 鋁合金機(jī)罩包邊及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 鋁合金機(jī)罩包邊類(lèi)型

1）常見(jiàn)包邊類(lèi)型如下表3，

其中標(biāo)準(zhǔn)包邊是車(chē)門(mén)總成的主要包邊類(lèi)型；直接包邊適合單層板無(wú)內(nèi)板的包邊，尖角包邊適用于內(nèi)板板件厚或內(nèi)板板件厚度不均時(shí)。鋁合金機(jī)罩最常用的是水滴包邊包邊。

選擇適合的包邊類(lèi)型是滿(mǎn)足產(chǎn)品包邊質(zhì)量的前提，此方法適用于車(chē)門(mén)總成等其他需要包邊工序的所有汽車(chē)產(chǎn)品。

3.2 鋁合金機(jī)罩包邊設(shè)計(jì)參數(shù)

鋁合金機(jī)罩包邊設(shè)計(jì)參數(shù)，見(jiàn)圖3包邊設(shè)計(jì)參數(shù)圖示，其中：

Fn： 翻邊高度

Fr：鋁合金機(jī)罩外板內(nèi)圓角，F(xiàn)r≥1.5mm；

MAX θ：包邊前外板初始最大角度

鋁合金機(jī)罩包邊設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定，是來(lái)源于多次的實(shí)物驗(yàn)證，當(dāng)Fr＜1.5mm時(shí)，包邊出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的概率增高，易出現(xiàn)包邊鈑金表面開(kāi)裂的情況。

針對(duì)不同的包邊工具類(lèi)型，鋁合金機(jī)罩外板內(nèi)圓角Fr及外板初始最大角度MAXθ有不同的要求，見(jiàn)表4鋁板翻邊內(nèi)圓角及翻邊角度要求。

以上3中包邊設(shè)備，外板初始最大角度MAXθ分別為105°/115°/135°，這是因?yàn)榉吔嵌茸兓髸r(shí)，包邊時(shí)鈑件移動(dòng)變大，頂部局部應(yīng)變大，超過(guò)材料本身的延伸率，則會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)材料表面粗糙化，出現(xiàn)細(xì)小裂紋甚至是連續(xù)性裂紋。導(dǎo)致包邊失效，不滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

需注意的是，當(dāng)115°＜θ≤135°時(shí)，包邊專(zhuān)機(jī)需至少折3次。

3.3 包邊設(shè)備介紹

隨著包邊技術(shù)的成熟應(yīng)用，包邊設(shè)備也經(jīng)歷了不斷的發(fā)展和變化。

沖壓模具包邊是最初的包邊方式。

機(jī)器人滾邊系統(tǒng)[5]由三部分組成，包邊模夾具系統(tǒng)、機(jī)器人及其控制系統(tǒng)、滾輪系統(tǒng)。與模具包邊相比，具有柔性化、成本控制等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是穩(wěn)定性低于沖壓模具包邊，包邊效率仍不夠高。

包邊專(zhuān)機(jī)是當(dāng)產(chǎn)能要求超過(guò)每小時(shí)60件時(shí)，建議使用包邊專(zhuān)機(jī)包邊。包邊專(zhuān)機(jī)由液壓站、定位夾緊裝置、底模、底板、角部包邊、預(yù)包邊模塊（45°包邊）、包邊模塊（90°包邊）及底板組成。具有生產(chǎn)效率高、制造精度高等優(yōu)點(diǎn)。

3.4 包邊失效原因分析及解決措施

鋁合金機(jī)罩在研發(fā)階段，樣件有出現(xiàn)罩包邊失效風(fēng)險(xiǎn)[6]。為保證鋁合金機(jī)罩的質(zhì)量，需要對(duì)包邊開(kāi)裂進(jìn)行失效原因分析，通過(guò)解決措施解決失效問(wèn)題。

1）失效原因：

a.確認(rèn)初版設(shè)計(jì)參數(shù)外板內(nèi)圓角Fr過(guò)小，不滿(mǎn)足包邊設(shè)計(jì)要求；

b. 原包邊工序次數(shù)太少，翻邊角度變化大時(shí)，預(yù)包時(shí)鈑件移動(dòng)變大，頂部局部應(yīng)變大，包邊后尺寸精度及質(zhì)量差。

2）解決措施：

a.更改優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)外板內(nèi)圓角Fr≥1.5mm，滿(mǎn)足包邊設(shè)計(jì)要求；

b. 增加包邊工序次數(shù)。當(dāng)115°＜θ≤135°時(shí)，包邊專(zhuān)機(jī)需至少折3次。增加包邊次數(shù)，可以減小每次翻邊的角度變化，鈑金局部應(yīng)變較小，不會(huì)超過(guò)材料延伸率，滿(mǎn)足翻邊評(píng)價(jià)等級(jí)中的可接受等級(jí)，保證了包邊后的鈑金表面質(zhì)量。

按照以上解決措施執(zhí)行，可以解決包邊失效問(wèn)題，極大降低了包邊失效出現(xiàn)的概率，保證鋁合金機(jī)罩的包邊質(zhì)量。

4 結(jié)論

本文研究的鋁合金機(jī)罩方案，與鋼機(jī)罩相比輕量化效果明顯，行人保護(hù)性能更佳，降低整車(chē)質(zhì)心及優(yōu)化整車(chē)前后軸荷占比，提升整車(chē)操穩(wěn)性能。本文通過(guò)對(duì)標(biāo)鋁合金機(jī)罩內(nèi)外板的材料性能，明確翻邊性能判定方法、包邊類(lèi)型及設(shè)計(jì)參數(shù)，有效規(guī)避鋁合金機(jī)罩包邊失效風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)包邊失效進(jìn)行原因分析，并總結(jié)闡述解決措施及方法。

本文提升鋁合金機(jī)罩的技術(shù)成熟性及質(zhì)量穩(wěn)定性，助力于此技術(shù)方案的廣泛應(yīng)用。

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