鋁合金骨架制作工藝及應(yīng)用淺析

王保清

（安徽安凱汽車股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

鋁合金骨架制作工藝及應(yīng)用淺析

王保清

（安徽安凱汽車股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

近年來新能源客車得到蓬勃發(fā)展。在著力提升電機(jī)、電池、電控等核心部件性能的同時(shí)，減輕車身重量也是提升整車?yán)m(xù)航能力的重要措施。鋁合金相對(duì)價(jià)格低廉，防腐性能好，成為骨架制作的首選材料。但鋁材導(dǎo)熱性強(qiáng)、熱容量大等特點(diǎn)導(dǎo)致骨架制作工藝與傳統(tǒng)材料有很大的區(qū)別，需制定完備的方案。

鋁合金；防腐；導(dǎo)熱；熱熔

汽車增長帶來的能源和環(huán)保問題，使新能源汽車成為當(dāng)前汽車發(fā)展的必然趨勢[1]。對(duì)于客車制造商來說，除提升核心零部件性能外，如何減輕車輛本身的重量從而降低能耗也是必須面臨的問題。相比傳統(tǒng)車身材料，鋁合金材質(zhì)的應(yīng)用可以使客車骨架朝著輕量化方向發(fā)展。目前國內(nèi)外主流客車企業(yè)均開發(fā)出自己的鋁合金新能源車；而新出現(xiàn)的客車企業(yè)均以鋁合金車身為起點(diǎn)，最具代表性是比亞迪客車，市場上運(yùn)營批量較大。安凱客車于2014年與鎂鋁合作研發(fā)出自己的鋁合金客車骨架，占據(jù)得天獨(dú)厚的全承載骨架優(yōu)勢，使得整車重量更輕，鋁合金車身在原全承載車身總重量的基礎(chǔ)上減輕了一噸多。

1 鋁合金客車骨架種類

根據(jù)車身和底架材料及底架結(jié)構(gòu)，鋁合金客車骨架可分為以下四類：鋁合金車身結(jié)合鋁合金非承載式底架，鋁合金車身結(jié)合碳鋼非承載式底架，鋁合金車身結(jié)合鋁合金桁架式底架，鋁合金車身結(jié)合碳鋼桁架式底架。為同時(shí)實(shí)現(xiàn)保證骨架強(qiáng)度，減輕骨架重量，控制整體成本，目前市場上鋁合金車身結(jié)合碳鋼桁架式底架居多，鋁合金車身結(jié)合鋁合金非承載式底架主要出現(xiàn)在國外一些客車企業(yè)。如圖1所示為鋁合金非承載機(jī)架，圖2所示為鋁合金車身。

2 鋁合金客車骨架防腐工藝

圖1 鋁合金非承載底架

圖2 鋁合金車身

電泳開孔對(duì)骨架強(qiáng)度有一定的影響，考慮到鋁合金材質(zhì)自身防腐性能優(yōu)良，目前客車企業(yè)一般對(duì)鋁合金客車骨架鋁合金部分不進(jìn)行電泳，這樣既可保證整體強(qiáng)度，也可展示自身骨架的優(yōu)勢。如存在碳鋼部件就必須提前進(jìn)行電泳處理，例如很多企業(yè)底架采用碳鋼材料，為保證整車防腐性能，通常工藝是先對(duì)底架部分進(jìn)行電泳，再與鋁合金車身進(jìn)行合裝。

3 鋁合金客車骨架模具開發(fā)

鋁合金客車骨架制作涉及的模具主要有兩部分：一部分為骨架型材制作模具，另一部分為車身模壓件成形模具。鋁型材是鋁材高溫加熱后拉拔成型，相比傳統(tǒng)碳鋼很多復(fù)雜結(jié)構(gòu)無法成形就有很多優(yōu)勢。所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)即可充分考慮應(yīng)用多種結(jié)構(gòu)，涉及骨架連接、內(nèi)外飾安裝等，甚至可直接在型材內(nèi)腔加注隔音隔熱材料等，有效利用空間，簡化工藝，如圖3所示。鋁合金客車骨架模壓件可采用鍍鋅板、鋁板、玻璃鋼，這里主要說明一下前兩種材質(zhì)。所使用的鍍鋅板厚度一般為1mm，鋁板一般厚度為2.5mm。因鍍鋅板和鋁板材質(zhì)本身性能和厚度不同，模具開發(fā)一般不通用。鋁板相比鍍鋅板延展性差，適合簡單的造型模壓件壓制，較復(fù)雜的建議采用鍍鋅板。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮，不同材質(zhì)骨架在蒙皮連接處預(yù)留臺(tái)階高度不同，最終要保證蒙皮與骨架外側(cè)面平整過渡。

圖3 頂鋁型材內(nèi)腔增加隔音隔熱材料

4 鋁合金客車骨架工裝制作

鋁合金客車骨架與傳統(tǒng)碳鋼客車骨架有很大區(qū)別，整體骨架制作完成后不可進(jìn)行敲擊校正，故在整個(gè)制作過程中必須在高精度、強(qiáng)夾緊工裝上一氣呵成，包括大片總成到整車總拼，這一點(diǎn)在前期策劃時(shí)必須考慮周全。

5 連接方式及配置工具

目前鋁合金車身制作通用的連接方式有鉚接、氣體保護(hù)焊、粘接及三種方式的相互搭配，其中骨架部分主要以鉚接為主，氣體保護(hù)焊為輔。蒙皮與骨架連接主要以粘接為主，氣體保護(hù)段焊和鉚接為輔[2]。

（1）接鉚接通常采用專用鉚釘，需配置專用鉚槍（圖4），各廠家鉚釘結(jié)構(gòu)存在區(qū)別。鉚釘數(shù)量，鉚接位置，鉚釘規(guī)格在通常產(chǎn)品設(shè)計(jì)中均有說明。值得關(guān)注的是碳鋼與鋁材連接后易產(chǎn)生腐蝕，建議在連接表面處涂絕緣材料。

圖4 專用鉚槍

（2）蒙皮固定至骨架上一般采用粘接和鉚接配合工藝，這里所使用的是常見的鉚釘。粘接膠建議采用雙組份膠，固化過程中利用鉚接和工裝固定，以保證蒙皮、骨架和膠相互貼合。這種工藝固化時(shí)間短，粘接強(qiáng)度高，適合批量生產(chǎn)。需要提示的是在粘接前對(duì)骨架和蒙皮的打磨后清潔很重要，可大大提升膠的附著力。

（3）氣體保護(hù)焊。段焊參數(shù)：焊縫長度50mm，焊縫間距300mm（焊縫中心到相隔焊縫中心距離）；焊接參數(shù)：如表1所示為針對(duì)不同板厚的起始焊接參數(shù)，需要前期試焊以確定最終的焊接參數(shù)；焊絲的選擇：鋁焊絲ER5356或鋁焊絲ER4043焊絲。

表1 不同板厚起始焊接參數(shù)

焊接主要事項(xiàng)：在鋁合金車身制作過程中盡可能避免保護(hù)焊接，鋁焊對(duì)焊接參數(shù)、焊接技術(shù)水平均有較高的要求，焊接不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)焊縫開裂現(xiàn)象，大大降低骨架強(qiáng)度。如圖5所示。

6 結(jié)束語

圖5 焊縫開裂案例

相比乘用車鋁合金骨架，客車鋁合金骨架制作工藝仍處于探索階段，具有很大的提升空間。隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，鋁合金客車骨架有取代傳統(tǒng)碳鋼之趨勢，其制作工藝也必將在發(fā)展中日趨成熟。

[1]劉成虎，李飛鵬，余慶杰.形變鋁合金在客車車身上的應(yīng)用[A].汽車工藝與材料，2012，（10）.

[2]陳小青.鋁合金車身板的結(jié)合方法[J].維普資訊，1994，17（4）.

Analysis of manufacturing process and application of aluminum alloy skeleton

WANG Baoqing
（Technical Center,Anhui AnKai Automobile Co.,Ltd.,Hefei 230051,Anhui China）

With the vigorous development of new energy buses and the intensification of market competition,the competition of products has been penetrated into the parts.While enhancing the motor,battery,electronic control and other core components,reducing the weight of the bus body is the important measure to enhance the vehicle endurance.As the aluminum alloy is relatively inexpensive and has good anti-corrosion performance,it naturally becomes the first selection of the material for production of skeleton.But because of high thermal conductivity and large heat capacity of aluminum,which causes the production process of skeleton different from the traditional material,it is necessary to make a complete proposal.

Aluminum alloy;Anti-corrosion;Thermal conductivity;Hot melt

TG386.4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.04.027

1672-0121（2017）04-0092-03

2017-03-23；

2017-05-14

王保清（1965-），男，工程師，技術(shù)部長，從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作。E-mail：hf9117@163.com