铝车身冲压生产技术及注意事项浅析

文|马国礼·MFC专栏作者

随着汽车行业轻量化的不断深入，铝合金的应用得到了有效推广，从奥迪的全铝车身，到奇瑞捷豹路虎的部分铝车身，再到江淮蔚来的ES8全铝车身。随着铝合金的全面应用，冲压生产线技术也在不断的成熟完善。

江淮蔚来作为国内自主品牌所生产的第一款全铝车身汽车，先了解一下冲压生产过程。

和传统钢板生产一样，冲压生产分为：来料——拆垛分张——对中——拉延——切边冲孔等工序——检验——装箱，还有辅助工序：模具维修、工件返修等。区别主要在拆垛、分张及传输过程中。下面从人、机、料、法、环五个方面简要分析。

人力资源作为冲压生产成本的主要组成部分，将来大部分会被机器所替代，但目前来说是无法做到的，尤其是检验、维修、返修等相对技术要求较高的人员。相对于钢板生产来说，由于铝合金可塑性好的特性，出现产品缺陷的几率高，所需要的检验、返修人员也多，项目初期，侧围等重难点件的返修率几乎高达100%。检验人员要能准确、高效的判断产品缺陷，返修人员要快速的修复产品缺陷，该两类人员虽然是冲压辅助工种，但也是铝合金生产交付过程至关重要的，占整个冲压人员约50%。其余操作人员和模具维修人员相较于钢板生产可以正常配备。

压力机为冲压生产的关键设备，机器人为自动传输的设备。目前自动化生产线为新建冲压标配，但部分工厂还使用人工上下料的原有旧设备。铝合金对于压力机的要求来说，主要体现在第一台。原先第一台为多连杆压力机，其中八连杆、六连杆较为普遍，随着伺服控制技术的应用，进口及国产大吨位伺服压力机也得到认可。近几年主机厂新建工厂中，涉及到铝合金生产的，都配备伺服压力机。伺服压力机主要优势为其曲线可控，即滑块速度曲线可控，尤其是拉延过程，速度可以控制在300mm/s以内，最低可以达到125mm/s，相较于传统压力机，速度降低约50%以上，拉延速度的降低给板料减薄过程中的材料流动提供充足的时间，有效提高了产品成形质量，这在我们现场也得到了充分的验证。

在自动传输设备中，除了机器人外，还有拆垛分张、传输皮带等辅助自动设备。相较于钢板，这一部分的影响最大，最直接。因为铝合金不能磁化的特性，拆垛分张设备不能使用传统的磁力分张，需要风刀和机械辅助组合结构共同完成，其中风刀为压缩空气快速喷射通过板料缝隙将板料分开，机械为齿状辅助抬高，根据不同的形状还需增加防跑偏等机构。另一种影响较大的设备为传输皮带，在线首拆垛后，通过皮带机传输至清洗涂油机处，再传输通过双料检测，最后达到对中区域，整个过程传输3次，目前效果最好的为真空吸附式皮带机，因我司设计为钢铝混合式，考虑到摩擦力、钢板的通用性等原因，设备采用原有磁性皮带。对于大型零件效果无问题，但小型零件由于皮带间隙过大，自重过小摩擦力减小的原因，容易出现跑偏现象。

图1 起吊容易变形

板料方面，铝合金主要有三个方面问题。第一，有效期：汽车铝合金主要使用5系、6系铝合金，有效期6个月，经过中间流转的环节，工厂有效期3个月；第二，清洁度：在流转及现场存放过程，铝合金表面清洁度要保证，否则容易出现缺陷；第三，防变形：在流转运输过程，频繁的移动容易使铝板变形，尤其在冲压线首上料过程，建议使用叉车上料，行车流转容易变形。

铝合金生产主要工艺方法和钢板是一致的，但细节方面需要特别设计，比如回弹量、刀口间隙值、定位孔尺寸等，主要针对回弹、铝屑、孔变形等问题。检测方法还是采用传统人工判断，以眼看、手摸、油石等手段，随着科技的发展，视觉或扫描等设备的不断完善，相信未来可以实现自动检测。

图2 铝屑

环境要求：洁净度、温度，这两部分对铝合金生产影响大，其中洁净度低会造成外表件凸包的缺陷，目前冲压车间尤其是设备内部地面要进行环氧地坪或者耐磨地坪，车间其余地方耐磨地坪，边角部位难以处理的，可以做局部环氧地坪。车间实行封闭且微负压设计，避免外部灰尘进入。车间物流出入口设计在一侧，并设置快速卷帘门，物料转移使用叉车在外部装卸，最大限度的保证洁净度。温度方面，考虑车间送冷风，一方面改善员工作业环境，另一方面，保证冲压生产线封闭内部温度不高于35℃，利于铝合金表面油膜的保持。

由于经验欠缺，我们在生产线建设过程发现了一些问题，虽然及时改正了，但需特别关注，在后期项目中予以避免。

图3 油膜

自动化方面

从节拍及稳定性方面，传输设备优先推荐单臂机械手，其次双臂机械手。由于各方面原因，我们选用机器人，节拍7～11spm，单臂机械手可以达到9～13spm，双臂机械手可以达到10～15spm，还有一些更加优秀的，根据自己的规划产量及投入资金选择。拆垛分张要充分考虑板料形状、尺寸，做好防跑偏、分张效果等方面的验证，保证分张的效果，建议气刀和机械组合使用；皮带机强烈要求带真空吸附式皮带，钢铝通用性好，传输稳定。

图4 毛刺引起的开裂

压力机方面

压力机首选伺服压机，国产伺服压机的表现也在提升，电机型号和布置方式要重点考虑维修方便性和可靠性。随着氮气缸在模具上的普遍使用，后续压机吨位要适当提高，建议主机厂主流较大车型1300吨（或1250吨）。随着各种车型外观的复杂化，冲压工序在增加，五序为最少配置，建议整线吨位配置2500+1300×3。研配压机和试模压机之间，推荐试模压机，因为铝合金模具在调试期间对机床的需求多，如果选择研配压机，需要占用主线资源配合研修模具，正式生产过程铝合金对模具的要求也高于钢板，试模压机更适合。如果最后选择研配压机，吨位建议不低于350吨，配备慢速回程功能，以适应氮气缸的反弹力对机床的影响。

返修设备

铝合金板的返修率高于钢板，返修过程会产生大量铝粉，属于易爆危险区域，所以需要专业的除尘设备，建议选择湿式除尘设备，并做好安全、环评等的设计。

图5 返修

传感器

随着自动化程度的提高，各种传感器的应用也在扩大，例如温度传感器、距离传感器、双料检测传感器、重量传感器等，其中双料传感器为自动化拆垛、传输、端拾器等过程和部件上使用，因为铝板与钢板的不同，需要采用适合铝板的双料检测探头，建议通过式双料检测和接触式双料检测配合使用，提高双料检测的准确性；温度传感器主要应用在压力机主传动关键部位，例如轴承、铜套、主轴等，通过温度监测关键部位的状态；距离传感器应用在接近开关、末料检测等方面，针对传感器的型号和适用范围，选择合适的传感器，保障设备的安全稳定运行。

以上基于铝合金的特殊性做了相关注意事项的提醒，下面从客户使用者的角度，提一个建议。

地坑为冲压线附属的一部分，通常布置液压站、储能电机（伺服压机）、废料输送线等，也是压力机底部维修的重点活动范围。地坑设计时一要考虑设备的布置，二要考虑各种设备维修的方便性，这也是设计工程师容易忽略的一点，我们在设计中未考虑设备的维修，地坑设备布置紧凑，维修通道狭窄，作业困难，且未预留起吊口，给后期的维修带来极大的不便。这一点广汽菲克长沙工厂值得学习，地坑宽度为普通工厂的两倍，设备布置整齐，维修通道顺畅，敞亮大气。

图6 伺服曲线

铝合金生产，也没有传说中那么神秘和困难，提前针对铝合金的特殊性做好设计，过程认真核对，同样可以建设一条高效的生产线！失误并不可怕，只要及时改正，吸取教训，总结经验，铝合金冲压生产线将越来越成功。