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鋁合金機(jī)罩材料及包邊設(shè)計(jì)要求

2024-03-24 05:00趙倩文張銘潔何健豪劉倩南李振興
時(shí)代汽車 2024年2期
關(guān)鍵詞:包邊延伸率

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、延伸率、時(shí)效性要求,翻邊性能、包邊類型及設(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,降低整車質(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

由于汽車電動(dòng)化率提升,乘用車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)罩在汽車的應(yīng)用更加廣泛。通過結(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、延伸率實(shí)測、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)車車型,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),可滿足勻延伸率≥20%要求。即超過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)罩包邊類型

1)常見包邊類型如下表3,

其中標(biāo)準(zhǔn)包邊是車門總成的主要包邊類型;直接包邊適合單層板無內(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。

選擇適合的包邊類型是滿足產(chǎn)品包邊質(zhì)量的前提,此方法適用于車門總成等其他需要包邊工序的所有汽車產(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)量問題的概率增高,易出現(xiàn)包邊鈑金表面開裂的情況。

針對(duì)不同的包邊工具類型,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,不滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

需注意的是,當(dāng)115°<θ≤135°時(shí),包邊專機(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。

包邊專機(jī)是當(dāng)產(chǎn)能要求超過每小時(shí)60件時(shí),建議使用包邊專機(jī)包邊。包邊專機(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)包邊開裂進(jìn)行失效原因分析,通過解決措施解決失效問題。

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過小,不滿足包邊設(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)超過材料延伸率,滿足翻邊評(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,降低整車質(zhì)心及優(yōu)化整車前后軸荷占比,提升整車操穩(wěn)性能。本文通過對(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。

參考文獻(xiàn):

[1]燕戰(zhàn)秋,華潤蘭,論汽車輕量化[J].汽車工程,1994,I6(6):375~383.

[2]王鋒,范體強(qiáng),趙清江,李陽,基于行人保護(hù)的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車工藝與材料,2014(11):6~10.

[3]付燕鵬,葉瑜合,譚敦松,鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù),2018(12):107~109.

[4]王俊峰,魏震,陳美玉,基于性能要求的發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋輕量化設(shè)計(jì)[J].汽車工程師,2020(3):29~48.

[5]仝輝,邵金金,張逸,王知,谷家坤,鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋制造工藝[J].汽車工藝師,2021(6):23~25.

[6]張?jiān)?,淺談車身包邊零件的基本要求 [J].汽車工藝與材料,2010(4):39~50.

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