文章目录：

1、铝合金车身覆盖件冲压模具的设计及生产维护关键技术2、铝合金门窗工程技术加工工艺、组装技术及封样要求3、铝合金型材挤压模具及挤压生产流程详解

铝合金车身覆盖件冲压模具的设计及生产维护关键技术

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文章来源：《锻造与冲压》2024年第8期

李珊珊， 崔江浩， 韩亚飞， 沈镭·北京奔驰汽车有限公司

铝板因其密度小、比强度高等特点在汽车工业领域得到越来越多的应用。铝板在实际使用时常面临成形、生产碎屑、模具维修维护等诸多方面挑战。本文从材料特性、模具规划、批量生产、模具维修维护四个方面介绍铝板在实际应用时遇到的问题、产生原因，并提供有效的预防及整改方法。

在国家对能源、环保、安全严格要求的背景下，轻量化成为汽车工业发展的主流趋势。其中冲压件板材由铝板代替传统的钢板是其中主要内容之一。近些年新车型汽车车身中铝合金的应用越来越多，以蔚来ES8 为例，汽车车身铝合金占比高达98.4%。常见的铝合金车身零件包含机盖、翼子板、车门、顶盖、行李厢等品种。

因材料的特性差异，与钢板相比铝板具有密度小、比强度高的优点，同时也存在成形性差易开裂、回弹大、生产碎屑多等问题，如图1 所示。为保证铝板生产更加稳定高效，需要对生产的各个环节(模具设计、生产关注、模具维修维护)进行调查分析，并给出行之有效的预防及解决措施。

图1 铝板冲压常见的问题

常用车身覆盖件的铝板选材及材料特性常用材料

汽车车身常用的铝板有5XXX 系铝镁合金和6XXX系铝硅镁合金(图2)，二者均具有较高的强度及良好的成形性，适用于汽车制造要求。其中5XXX 系铝板具有良好的抗腐蚀性常用于汽车内板件，6XXX 系铝板综合性能优良、表面质量好同时具备热处理强化能力，因而在外覆盖件中经常使用。5XXX 系铝板与6XXX 系铝板性能差异见表1。

表1 5XXX 系铝板与6XXX 系铝板性能差异

图2 铝板材料的分级

钢板与铝板性能差异

铝板弹性模量是钢板的1/3，断裂延伸率及塑性应变比均低于钢板，以CR5 材料和Al6 材料对比为例，力学性能对比数据见表2，材料性能拉伸应力应变曲线如图3 所示。

表2 CR5 材料和Al6 材料的力学性能数据

图3 CR5 和Al6 材料的拉伸应力应变曲线

模具设计关键技术

冲压模具规划阶段需要根据铝板板材性能特点，充分考虑尺寸回弹及成形失稳情况，在兼顾产品工艺需求、生产效率以及零件质量的前提下，需要对零件拉延成形及模具刃口设计提出更高的要求。

拉延成形

因为铝板具有延展率低，屈强比高以及塑性应变比小等特点，成形过程中易发生起皱开裂等情况，模具设计时需注意以下6 点：

⑴拉延深度尽量做浅，提高成形稳定性。拔模角度在保证材料利用率的前提下尽量做大。

⑵工艺补充区尽量平缓，成形深度均匀过渡，避免急剧变化。

⑶翻整展开区平缓，减少二次成形区的减薄率为后序翻整留够安全空间。

⑷分模线平缓过渡，避免材料在过渡区堆积起皱，如图4 所示。

图4 分模线平缓过渡

⑸成形圆角包括凹模直段、凹模过渡段、凸模、凹模、拉延凹筋R 角在内的角都要做到最大。

⑹考虑凸凹模缩放，避免因回弹问题造成后工序符型干涉，如图5 所示。

图5 拉延模凸凹模缩放

模具刃口设计

通常情况下铝板的弹性模量约为钢板的1/3，造成铝板切边时更易产生碎屑，从而引起板料表面硌伤等问题。在模具刃口设计时，需注意以下5 点：

⑴切边角度越小越好，保证良好的切边条件。

⑵切边圆角小R 处理，防止刃口划伤板料，且刃入量尽量做小，从而减少碎屑产生概率。

⑶侧修边区域可采取拉延筋断开方式(图6)，拉延筋尽量平缓过渡，保证良好的切边角度。

图6 拉延筋断开

⑷废料分布优选二次切断，可尽量减少废料刀使用。

⑸后工序型面加工建议预留回弹量，减少零件不符型情况。

生产过程的关键技术

在模具规划已充分考虑和优化的前提下，铝板模具生产面临自动化生产、生产周期、生产数量等多方面挑战。在此阶段，需要制定稳定可靠的在线及线下措施，进一步降低铝板零件批量生产中的系统风险。

板料分张及板料回带

与普通钢板相比，铝板具有质量轻、无磁性的特点。自动化生产时，防锈油将上下叠放的板料牢牢吸附在一起，线首设备只能通过增加向堆垛边缘吹气的方式将其分离，生产故障率高。经验证，在保证零件面品质量及成形性的前提下，在板料非关键区增加压窝形状可有效的解决板料分张问题，如图7 所示。

图7 板料压窝

铝板零件密度低、板料轻，压机滑块上行时，拉延零件易受气压的影响发生板料回带问题。在实际生产时通常采用3 点措施解决板料回带：⑴在保证零件面品的前提下，模具非关键区域增加排气孔，排气孔直径尽量做大(图8)；⑵模具压边圈四周增加气动夹手，压机上行时牢牢抓住零件，防止回带；⑶模具型腔适当增加工艺孔，保证气体流动顺畅。

图8 模具排气孔

生产中的开裂预防

生产过程中零件与模具之间摩擦积热，增加了铝板零件开裂的风险。对于单次批量较大的生产方式(单批次大于1500 件)，在实际生产时可采取为模具部件降温的措施(图9)，降低开裂风险。某车型翼子板改造后，零件开裂统计结果见图10，开裂大幅降低。

图9 模具冷却装置

图10 零件开裂统计(次/年)

铝板生产中FTC 的治理

铝板零件在批量化生产时，因其碎屑小且轻的原因，更易受传输风压的影响到处乱飞，频繁造成零件硌伤，特别是针对一些切边形状较为复杂的铝板零件，系统生产效率和一次下线合格率将受到较大制约。为此可采用自动化清洁装置(图11)，在不影响效率的情况下，根据设计频次，模具定时自清理生产碎屑，从而大大降低零件铬伤，减少了零件返修率(图12)。

图11 模具自动清洁装置

图12 零件返修率

模具维修与维护关键技术

模具日常维修维护阶段，合理规范的维修方式及科学精准的维护方案可以减少问题发生的频率，保证零件质量，使铝板冲压生产更加高效稳定。

钢板模具与铝板模具维护的差异

跟钢板相比，铝板材质软、面品质量更易受异物铬伤影响，所以铝板模具维护频率明显高于钢板模具。以拉延模具为例，铝板模具点检频率为13000 件1 次，钢板模具点检频率为18000 件1 次。

不同工序模具维护的差异

铝板零件工序主要内容一般分为拉延、切边(冲孔)、翻整三项，其中拉延模具主要受生产线异物影响，切边模具容易产生铝屑，发生碎屑堆积现象，翻整模具主要受前工序切边碎屑影响。所以拉延模具维护时主要关注异物的来源及种类，切边模具维护时关注切边刃口状态，尤其是形状不规则的刃口(容易导致模具间隙不均匀)，维护频率为5000 件1 次，翻整模具多受前工序料屑影响，料屑分布广且不均匀，模具维护时需做到全面无死角清洁，维护频率为5000 件1 次。

DLC 镶块刃口维护

后工序模具刃口DLC 处理可以在保证镶块刃口硬度的同时得到很低的表面粗糙度，碎屑松散的吸附在刃口上，避免碎屑与刃口粘连，既保证了零件质量又减小了工人的维护难度，在铝板模具的生产中得到很好的应用。日常维护时需注意上模刃口处需喷涂清洁油，清除刃口表面碎屑，下模刃口处需涂抹黄油保证生产过程中的碎屑不飞离。

结束语

随着新能源汽车的发展，汽车轻量化要求不断推进，铝合金板材因其自身优势必将得到越来越多的应用。虽然目前铝合金板材在使用过程中仍存在许多问题，无论是模具规划前期还是批量生产阶段仍面临诸多挑战。但经验在积累，科技在创新，相信在专业人士的不断努力下，铝合金板材生产问题会逐一解决，铝板模具生产会更加稳定、高效。

作者简介

李珊珊

冲压工厂生产高级经理，材料成型专业硕士研究生，15年冲压模具技术开发及生产经验，负责开发车型15 个，拥有相关专利2 项，具备丰富的新项目模具开发、序列化模具生产、模具维护等经验。

铝合金门窗工程技术加工工艺、组装技术及封样要求

1.1 铝合金门窗加工工艺和组装技术要求

所有门窗制作必须在专业、正规的工厂内完成，不得现场拼装。

甲方将不定期到工厂检查加工的质量和进度。如发现现场有非合同品牌的型材玻璃等，甲方有权终止门窗分包合同。

1.1 铝合金拼接工艺：

1.1.1 为保证室内安装玻璃压条，开启扇与大固定扇的外框采用连通设计，外平开窗应采取正装设计方式，不得采用反拍窗工与外框拼接设计方式实现内装压线。

1.1.2 平开门、窗及推拉窗框料及扇料，隔热推拉门扇宽大于1米均采用45度组角，采用铝合金角码用撞角机撞角连接，连接处须采用不锈钢加强钢片及微膨胀组角胶密封进行压力灌注。

1.1.3 平开窗固定扇的转换框应采用最小宽度腔体料并采用45度组角的撞角拼接。

1.1.4 扇宽小于1米的推拉门框、扇可采用90组角的丝道连接方式。当采用45度组角时可采用45度撞角和活动角码，不得采用塑料角码组角；

1.1.5 平开门扇料采用压线一体化的欧标槽系列时，扇料组角应用活动角码45度拼接。

1.1.6 隔热型材的中梃与窗框之间、中梃与中梃之间应采用中梃专用连接件+销钉的T连接方式，并用微膨胀组角胶进行压力灌注；中挺连接不得采用角铝和榫接方式。

1.1.7 窗高≥2.0米和18层以上时，应选用壁厚≥2㎜加强中梃和加厚拼樘料，并优先采用无丝道加厚中梃并设计内置型钢芯；

1.1.8 转角料选用带卡扣的标准料并与主体结构连接。

1.1.9 有防火要求的外檐窗型材确定（不同厂家型材不一致，防火构造措施不同），设计深化图不能确定节点形式；

1.2 加工防水要求

1.2.1 铝合金外门窗框料应严格按深化设计大样的位置、尺寸、数量加工排水孔；

1.2.2 方通上端头须封堵，避免方通内积水；

1.2.3 铝合金门窗组装机械联接应采用不锈钢紧固件。铝合金门窗受力构件之间的连接不得采用铝及铝合金抽芯铆钉。

1.3 附框加工要求

1.3.1 附框应在工厂内进行下料和组装，组装后尺寸应在过程检验中每件检查，附框与主框之间的间隙的标准加工尺寸为5~6mm。

1.4 下料切割质量控制

1.4.1 采用专门双头锯进行下料，并采用耐用的高强度锯片，不得采用磨损严重的锯片加工，确保组角拼缝的精度。

1.5 组角、T连接质量控制

1.5.1 组角工艺：

1) 配件齐全，组角片不能省略，后注胶工艺还需配备导流片；

型材切割端面需涂端面密封胶,严禁使用玻璃胶代替端面密封胶；

组角前涂胶工艺示意图

组角后注胶工艺示意图

T连接注胶工艺示意图

断面密封涂胶示意图

1.1.1 组角误差：

1) 连接处两支型材表面高低差最大值：0.3mm

2) 连接处两支型材间的最大缝隙最大值：0.2mm

3) 连接处两支型材拼接端部错位最大值：0.3mm

1.1.2 五金连接注意事项：

1) 门窗五金配件的紧固件不得使用抽芯铆钉；

2) 五金配件紧固件应按五金配件设计规格和数量要求紧固，不得缺失和随意更改；

3) 型材的五金孔应使用标准靠模或冲模开孔，提高五金安装的标准化；

4) 五金附件紧固件、拼接螺钉、撞角后的凹孔等均需涂断面密封胶，以防渗水。

1.1.3 与水泥砂浆接触的铝合金框在工厂内应进行防腐处理。

2 材料样板及门窗性能检验

2.1 样板：材料必须同时提交相关厂家资料及检测报告，

2.1.1 材料样板

1) 热浸镀锌拉片

2) 型材：各不同型号300mm长（含加强中挺及拼樘料（设计卡扣拼管和转角）、）

3) 玻璃：各不同型号300mmx300mm（甲方有权要求提供600mmx600mm用以鉴别钢化后观感质量）

4) 五金配件（含轨道滑轮、滑撑、外开摩擦铰链、组角铝合金角码、中梃连接件和销钉、组角加强片、限位装置、防脱器）

5) 毛条：300mm长

6) 发泡胶

7) 密封胶：300mm长（含推拉门窗开启缝）

8) 密封胶条：300mm长

9) 铝材色板

10) 防雷连接件

11) 门窗把手（含推拉门的三点锌合金的传动杆标注配置长度）

12) 锁具（含锁体、锁芯及传动器）

13) 不锈钢螺钉

14) 防水砂浆或防水抗裂砂浆

15) 玻璃垫块

16) 防撞块（推拉扇下方位置）

17) 防盗块（防止室外可拆卸装置）

18) 提升块（平开窗扇）

19) 定型堵头、封口（拼管料、转角料、扇料型材端部、推拉扇滑轨·滑轨槽口）

2.1.2 工艺样角

必须提供甲方技术要求规定的组角和中梃连接等内注胶的工艺样角。

2.2 封样样板：

样板作为封样样板，由甲方签字确认，中标单位的样品留发包人封存，如须完善须尽快补充完备，直至并按节点要求完成设计封样。一旦确定封样，厂家需提交至少2套样品（项目部/监理留存、承包人留存），由设计、监理等各方签认贴好标签封存。 所有样品均视为投标方已经对材料货源进行确认，日后不得以无货、货量不足、供货周期等因素提出调整；如必须调整，一切后果由中标单位负责；

2.3 封样样窗：

乙方必须在甲方规定的加工周期内提供符合现场实际的样窗，要求如下：外平开窗或内开内倒主要窗型应提供带大小固定扇主流窗型（如卧室窗），制作比例1：2.5，推拉门应提供三扇或四扇双轨道推拉门，比例1：3门窗的尺寸和规格，必须有甲方设计及工程人员签字。

2.4 施工样板：

现场安装（包括周边塞缝和防水）必须先做实体样板间，经过总包、甲方及监理工程师的验收后才可大面积施工。

2.5 性能检验

2.5.1 材料半成品（框料、衬钢、防水、五金、扇料、玻璃、胶条、密封胶等材料）。铝型材、玻璃、各种配件、硅酮胶和防水材料、都必须提供合格证及检验报告（包含结构胶和密封胶与相接触的材料也应有兼容性试验报告）

2.5.2 门窗施工前应按当地的有关规定抽验，进行抗风压、气密、水密、保温、隔音等性能的检测试验，合格后方可大面积施工。试验费由乙方承担，如不合格甲方有权要求乙方返工重做。

2.5.3 防火窗：应提供国家指定的检测单位的检测合格的检测报告，在施工过程中按照当地相关部门要求现场取样，送相关防火门窗检测机构进行实体检测。若检测不合格应对已经安装的门窗全面返工。

2.5.4 性能测试合格报告(此项乙方与施工同步进行但须负责因日后报告不合格所发生之所有责任)

2.5.5 甲方视情况需要会同监理根据铝合金门窗进场批次现场随机抽检要求，进行破坏性检验以查看型材、玻璃、五金配件等材料指标，如不满足规范及合同要求，甲方有权要求乙方返工并承担甲方相应的经济损失。无论是否符合要求，该破坏性检验发生的费用由乙方承担。

铝合金型材挤压模具及挤压生产流程详解

铝及铝合金型材被广泛应用于建筑、交通运输、电子、航天航空等部门。近年来，由于对汽车空调设备小型化、轻量化地要求，热交换器用管材及空心型材种铝挤压制品地比例迅速增加。

据资料介绍，挤压加工制品中铝及铝合金制品约占70%以上。铝合金型材挤压技术发展也因此带动了现代挤压技术的发展。

铝型材具有良好的延展性和可塑性，广泛应用于各个领域。那么铝型材加工工艺流程有哪些呢？一般来说铝型材加工常见工艺分别是铸锭、挤压、热处理和表面处理。那么针对这些加工处理方式到底有哪些特点呢?

铝型材挤压是将铝合金置入挤压筒内并施加一定的压力，使之从特定的模孔中流出，从而获得所需的截面形状和尺寸的一种加工方法，这种挤压加工法成本低、效率高、操作简单，在现代工业生产体系中占有相当大的比重，使铝型材成为国民经济中的重要基础材料，铝型材在挤压时要按照以下工艺流程进行：

“模具篇”

＊ 模具加工工艺流程图·平模（不带封闭空腔的结构型材）

车加工→划线→铣加工→钻孔→打磨→淬火→回火→磨平面→精铣导流槽→线切割→电火花加工→抛光→钳修→验收→试模→氮化→进仓

＊ 组合模（带封闭空腔的结构型材）

＊ 模垫

车加工→划线→铣加工→钻孔→打磨→淬火→回火→磨平面→验收→进仓

＊ 模套

车加工→划线→铣加工→钻孔→打磨→淬火→回火→磨平面→精车→验收→进仓

“熔铸篇”

＊ 各牌号合金的典型用途

① 6060、6063、6063A、6463、6463A常用于生产建筑型材，其中6463A合金专用生产抛光型材。6063A合金常用于生产要求强度比6063合金稍高的建筑型材，如幕墙类型材。

② 6061、6082、6106、6005、6005A、6351合金广泛应用于需要良好耐腐蚀性能的大型结构件，如冷藏集装箱底板、卡车车架部件、船舶上层结构件、铁道车辆结构件和其他机械用结构件。

③ 6101、6101B合金用于生产地铁导电用铝合金型材。

④ 6563合金主要用于生产切削散热器型材。

⑤ 2024、5A02、7005、7020、7075是属于高强度合金，多应用于航天器、机械设备等。

＊ 熔铸工艺流程图

配料 → 装炉 → 熔化 → 搅拌 → 配合金 → 转炉 → 精配合金 → 铝液精炼 → 精密过滤 → 铸造 → 均质 → 锯切

“挤压篇”

＊ 挤压工艺流程图

＊ 型材热处理状态

热处理：通过不同的淬火和时效制度,使铝型材得到应有的力学性能。

＊ 自然时效与人工时效的区别

自然时效——是型材在室温下时效强化，时效时间为1个月以上。人工时效——是型材在高于室温的温度下（如180℃）进行时效强化。

表面处理：表面处理可增强型材外表美观程度，并延长铝型材的使用寿命，铝型材的表面处理，也可进行着色处理,可经自然氧化着色法、电解着色法和浸渍着色法获得。

结束语

综上所述，通过以上铝合金型材挤压模具及挤压生产流程详解，让我们更彻底的明白模具生产流程和铸锭、挤压、热处理和表面处理，这几种工艺所能达到预期的效果，满足消费者，客户的需求。

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