1 Применение алюминиевых сплавов в автомобилестроении
В настоящее время автомобильная промышленность потребляет более 12–15% мирового потребления алюминия, а в некоторых развитых странах этот показатель превышает 25%. В 2002 году вся европейская автомобильная промышленность потребляла более 1,5 миллиона тонн алюминиевых сплавов в год. Около 250 000 тонн было использовано для производства кузовов, 800 000 тонн — для производства автомобильных трансмиссий и ещё 428 000 тонн — для производства приводов и подвесок автомобилей. Очевидно, что автомобильная промышленность стала крупнейшим потребителем алюминиевых материалов.
2 Технические требования к алюминиевым штампованным листам при штамповке
2.1 Требования к формовке и штамповке алюминиевых листов
Процесс формовки алюминиевых сплавов аналогичен процессу формовки обычных холоднокатаных листов, что позволяет сократить количество отходов и алюминиевого лома за счёт дополнительных процессов. Однако требования к штампам для холоднокатаных листов отличаются.
2.2 Длительное хранение алюминиевых листов
После старения предел текучести алюминиевых листов увеличивается, что снижает их кромкообрабатываемость. При изготовлении штампов следует рассмотреть возможность использования материалов, соответствующих повышенным требованиям, и провести технико-экономическое обоснование перед производством.
Масло для растяжения/антикоррозийное масло, используемое в производстве, склонно к испарению. После вскрытия упаковки листа его следует использовать немедленно или очистить и смазать перед штамповкой.
Поверхность склонна к окислению и не должна храниться на открытом воздухе. Требуется специальная обработка (упаковка).
3. Технические требования к штампованным алюминиевым листам при сварке
К основным сварочным процессам при сборке кузовов из алюминиевых сплавов относятся контактная сварка, холодная сварка CMT, сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG), клепка, штамповка, а также шлифовка/полировка.
3.1 Сварка без клепки алюминиевых листов
Детали из алюминиевого листа без клёпки изготавливаются методом холодной экструзии двух или более слоёв листового металла с использованием оборудования, работающего под давлением, и специальных пресс-форм. Этот процесс создаёт заглублённые соединения с определённой прочностью на растяжение и сдвиг. Толщина соединяемых листов может быть одинаковой или разной, они могут иметь клеевые или другие промежуточные слои, изготовленные из одинаковых или разных материалов. Этот метод обеспечивает надёжные соединения без необходимости использования вспомогательных соединителей.
3.2 Контактная сварка
В настоящее время для контактной сварки алюминиевых сплавов обычно используются средне- или высокочастотные методы контактной сварки. Этот метод сварки обеспечивает плавление основного металла в пределах диаметра сварочного электрода за очень короткое время, образуя сварочную ванну.
Места сварки быстро остывают, образуя соединения, что сводит к минимуму образование алюминиево-магниевой пыли. Большая часть образующегося сварочного дыма состоит из частиц оксидов с поверхности металла и поверхностных загрязнений. В процессе сварки предусмотрена местная вытяжная вентиляция для быстрого удаления этих частиц в атмосферу, что обеспечивает минимальное осаждение алюминиево-магниевой пыли.
3.3 Холодная сварка CMT и сварка TIG
Эти два метода сварки, благодаря защите инертным газом, при высоких температурах образуют более мелкие частицы алюминиево-магниевого сплава. Под действием дуги эти частицы могут разбрызгиваться в рабочей среде, создавая опасность взрыва алюминиево-магниевой пыли. Поэтому необходимы меры предосторожности и меры по предотвращению и устранению взрыва пыли.
4 Технические требования к штампованным алюминиевым листам для прокатки кромок
Разница между прокаткой кромок алюминиевых сплавов и прокаткой кромок обычных холоднокатаных листов существенна. Алюминий менее пластичен, чем сталь, поэтому следует избегать чрезмерного давления при прокатке, а скорость прокатки должна быть относительно низкой, обычно 200–250 мм/с. Угол прокатки не должен превышать 30°, следует избегать V-образной прокатки.
Температурные требования к прокатке алюминиевых сплавов: прокатку следует проводить при комнатной температуре 20°C. Детали, полученные непосредственно из холодильного хранилища, не следует сразу подвергать прокатке кромок.
5 видов и характеристик прокатки кромок для штамповки алюминиевых листов
5.1 Виды прокатки кромок штампованных алюминиевых листов
Традиционная прокатка состоит из трёх этапов: предварительной прокатки, вторичной прокатки и окончательной прокатки. Этот метод обычно применяется, когда нет особых требований к прочности и углы наклона фланцев наружных пластин нормальные.
Европейская прокатка состоит из четырёх этапов: предварительная прокатка, вторичная предварительная прокатка, окончательная прокатка и прокатка европейской прокатки. Обычно она применяется для прокатки длинной кромки, например, передней и задней обложек. Европейская прокатка также может использоваться для уменьшения или устранения поверхностных дефектов.
5.2 Характеристики прокатки кромок штампованных алюминиевых листов
Для оборудования по прокатке алюминиевых компонентов нижнюю форму и вставной блок следует регулярно полировать и обслуживать наждачной бумагой зернистостью 800–1200, чтобы гарантировать отсутствие на поверхности алюминиевых отходов.
6 различных причин дефектов, вызванных прокаткой кромок штампованных алюминиевых листов
Различные причины возникновения дефектов, вызванных завальцовкой кромок алюминиевых деталей, приведены в таблице.
7 технических требований к покрытию штампованных алюминиевых листов
7.1 Принципы и эффекты пассивации водной промывкой для штампованных алюминиевых листов
Пассивация промывкой водой подразумевает удаление естественной оксидной пленки и масляных пятен с поверхности алюминиевых деталей, а также образование плотной оксидной пленки на поверхности заготовки посредством химической реакции между алюминиевым сплавом и кислотным раствором. Оксидная пленка, масляные пятна, сварка и клеевые соединения на поверхности алюминиевых деталей после штамповки – все это оказывает влияние. Для улучшения адгезии клеевых соединений и сварных швов используется химический процесс, обеспечивающий долговечность клеевых соединений и стабильность сопротивления поверхности, что обеспечивает более качественную сварку. Поэтому детали, требующие лазерной сварки, сварки холодным переходом металла (CMT) и других сварочных процессов, необходимо подвергать пассивации промывкой водой.
7.2 Технологический процесс пассивации алюминиевых штампованных листов методом водной промывки
Оборудование для пассивации водой состоит из зоны обезжиривания, зоны промывки технической водой, зоны пассивации, зоны ополаскивания чистой водой, зоны сушки и вытяжной системы. Обрабатываемые алюминиевые детали помещаются в моечную корзину, фиксируются и опускаются в ванну. В ваннах с различными растворителями детали многократно промываются всеми рабочими растворами, находящимися в ванне. Все ванны оснащены циркуляционными насосами и форсунками для обеспечения равномерной промывки всех деталей. Процесс пассивации водой выглядит следующим образом: обезжиривание 1 → обезжиривание 2 → промывка водой 2 → промывка водой 3 → пассивация → промывка водой 4 → промывка водой 5 → промывка водой 6 → сушка. Для алюминиевых отливок промывка водой 2 не требуется.
7.3 Процесс сушки для пассивации алюминиевых штампованных листов методом водной промывки
Для повышения температуры детали от комнатной до 140 °C требуется около 7 минут, а минимальное время отверждения клея составляет 20 минут.
Алюминиевые детали нагреваются от комнатной температуры до температуры выдержки примерно за 10 минут, а время выдержки составляет около 20 минут. После выдержки детали охлаждаются от температуры самовыдержки до 100°C примерно за 7 минут. После выдержки детали охлаждаются до комнатной температуры. Таким образом, весь процесс сушки алюминиевых деталей занимает 37 минут.
8 Заключение
Современные автомобили развиваются в сторону лёгкости, скорости, безопасности, комфорта, низкой стоимости, низкого уровня выбросов и энергоэффективности. Развитие автомобильной промышленности тесно связано с энергоэффективностью, охраной окружающей среды и безопасностью. С ростом внимания к вопросам охраны окружающей среды алюминиевые листы обладают уникальными преимуществами по сравнению с другими лёгкими материалами с точки зрения стоимости, технологии производства, механических характеристик и устойчивого развития. Поэтому алюминиевые сплавы станут предпочтительным лёгким материалом в автомобильной промышленности.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 18 апреля 2024 г.
