鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋制造工藝

仝輝，邵金金，張逸，王知，谷家坤

奇瑞汽車股份有限公司 安徽蕪湖 241000

進(jìn)入21世紀(jì)以來，國(guó)際汽車工業(yè)發(fā)生了一系列重大變化。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，汽車產(chǎn)品的多樣化，客戶對(duì)汽車安全性、舒適性和節(jié)能要求的提高，著眼于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)家對(duì)汽車主機(jī)廠產(chǎn)品節(jié)能減排要求的趨勢(shì)下，減輕汽車質(zhì)量、降低燃油消耗和減少污染物排放是各個(gè)主機(jī)廠無法回避的問題。輕量化節(jié)能成為汽車工業(yè)發(fā)展的核心問題，也是汽車技術(shù)研究的熱點(diǎn)問題。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車質(zhì)量每減輕10%，油耗可降低6%～8%。車身的輕量化對(duì)整車的輕量化起著舉足輕重的作用。因此車身的輕量化對(duì)于節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)的意義十分巨大。車身的合理輕量化還能提升汽車行駛的動(dòng)力性、制動(dòng)性、操穩(wěn)性、NVH及安全性能，對(duì)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提升也具有巨大意義。

目前汽車輕量化方法主要分為五大類，即材料輕量化、工藝輕量化、結(jié)構(gòu)輕量化、框架輕量化及邊界輕量化。本文主要對(duì)鋁合金發(fā)蓋的制造工藝進(jìn)行專題研究，鋁合金發(fā)蓋為整車帶來的優(yōu)點(diǎn)如圖1所示。

圖1 鋁合金發(fā)蓋的應(yīng)用效果

連接工藝

目前，鋼制發(fā)蓋的連接方式主要采用電阻點(diǎn)焊、MIG焊和MAG焊等焊接方式。由于發(fā)蓋的產(chǎn)品性能特征——對(duì)耐久性、行人保護(hù)的需求，對(duì)比現(xiàn)有鋁合金的連接工藝，故建議采用自沖鉚接的連接方式（見表1）。

表1 各種連接工藝對(duì)比

自沖鉚接工藝原理：通過液壓缸或伺服電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力將鉚釘直接壓入待鉚接板材，待鉚接板材在鉚釘?shù)膲毫ψ饔孟潞豌T釘發(fā)生塑性變形，成形后充盈于鉚模之中。

自沖鉚接根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備不同分為機(jī)器人自沖鉚接和手持式自沖鉚接。機(jī)器人自沖鉚接便于對(duì)鉚釘質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，主要應(yīng)用于批量車型。手持式自沖鉚接設(shè)備不適合批量化生產(chǎn)，主要應(yīng)用于一些汽車維修、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝等。

自沖鉚工藝對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的需求如下：

（1）零件搭接順序的要求 薄板鉚向厚板，硬材質(zhì)鉚向軟材質(zhì)。

（2）板件搭接料厚的要求 可適用于2層及以上板件連接，板厚在2～10 mm都可實(shí)現(xiàn)鉚接。

（3）對(duì)板件搭接組合的要求 搭接的最底層板厚要大于總搭接板厚的1/3。

（4）對(duì)料邊的要求 鉚接面需是平面，鉚接邊寬度需≥18mm（鉚釘尺寸：φ3mm）或?qū)挾取?0mm（鉚釘尺寸：φ5mm）。

涂膠工藝

包邊膠品，也稱為包邊粘接劑，是用于車身鈑金件包邊處粘接劑的統(tǒng)稱。主要用于車門、發(fā)蓋、行李艙蓋板、頂蓋天窗及后輪罩內(nèi)外板包邊處的連接，以取代點(diǎn)焊連接工藝（見圖2）。目前的膠品主要為滿足鋼制板材的性能要求，由于鋁合金的性能特征，需要開發(fā)適用于鋁合金連接的膠品。

圖2 機(jī)器人涂膠

影響膠品粘結(jié)性的因素主要有兩方面：基材條件和工序條件。具體見表2。

表2 影響膠品粘結(jié)性的因素

包邊工藝

受車身造型的影響，鋁合金發(fā)蓋的造型一般較犀利，包邊質(zhì)量要求較高，故鋁合金發(fā)蓋的包邊優(yōu)先采用機(jī)器人滾邊的方案。

由于鋁合金的韌性較碳鋼差，因此鋁合金發(fā)蓋的包邊需要更加完善的滾邊工藝分析（如沖壓件圓角、翻邊高度控制等）。滾邊壓力及滾邊速度需精確控制，以防止?jié)L邊裂紋的產(chǎn)生。為獲得高質(zhì)量的滾邊效果，還需對(duì)滾邊角度進(jìn)行控制。對(duì)標(biāo)行業(yè)情況，鋁合金發(fā)蓋外板翻邊角度＞105°。

行業(yè)主流車型的翻邊角度及包邊工藝見表3。

表3 主流車型的翻邊角度及包邊工藝

機(jī)器人滾邊形式的典型截面主要有三種：

（1）半包 特殊區(qū)域如過渡區(qū)域，半包邊或不包邊區(qū)域的翻邊高度適當(dāng)降低。

（2）全包 外板間需要有一定交疊量，通常不得小于3mm，同時(shí)不得超過7mm；內(nèi)外板間隙，即從外板開始折彎處到內(nèi)板間距離，不得超過1～2mm。

（3）水滴包邊 大開角區(qū)域滾壓次數(shù)多，由于鋁合金延展性差，易產(chǎn)生裂紋，故采用小水滴包邊增大包邊圓角。

鋁合金發(fā)蓋包邊尺寸要求如圖3所示。

圖3 包邊尺寸需求

固化工藝

為防止在運(yùn)輸及裝配過程中發(fā)蓋內(nèi)外部產(chǎn)生竄動(dòng)，需要在包邊完成后進(jìn)行膠品的固化工作（高頻加熱固化，溫度控制在120℃±10℃，測(cè)點(diǎn)差異溫度小于5℃）。圖4所示為高頻固化的工裝。

圖4 高頻固化的工裝

固化完成后，對(duì)膠品質(zhì)量進(jìn)行確認(rèn)，如有溢膠、氣泡等缺陷需修磨返工。因此需要在發(fā)蓋線邊增加打磨房，打磨工具建議采用負(fù)壓工具，以避免鋁粉污染及防爆。

過程質(zhì)量控制

（1）工位自檢 對(duì)零件的來件外觀質(zhì)量，涂膠后對(duì)涂膠的位置、涂膠量進(jìn)行100%自檢，且不能出現(xiàn)斷膠情況，焊接成總成后確認(rèn)是否溢膠。

（2）過程檢驗(yàn) 針對(duì)過程檢驗(yàn)點(diǎn)或CP5檢驗(yàn)點(diǎn)能夠識(shí)別的表面質(zhì)量、涂膠部位、鉚接強(qiáng)度、焊點(diǎn)數(shù)量及滾邊質(zhì)量進(jìn)行檢查，特別要重點(diǎn)控制溢膠的處置。

（3）剖檢檢驗(yàn) 對(duì)鉚接強(qiáng)度、隔振膠及折邊膠的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)。

原則上出現(xiàn)溢膠必須進(jìn)行清擦。對(duì)經(jīng)過涂裝和總裝工藝分析無影響的溢膠部位，且不會(huì)導(dǎo)致涂裝工藝實(shí)施困難和產(chǎn)生質(zhì)量問題的（如PVC涂抹和制件裝配），可以考慮不用清擦。溢膠的清擦可以采用浸潤(rùn)有機(jī)溶劑（比如焊機(jī)和夾具的氣路潤(rùn)滑油）的干凈抹布。

結(jié)語(yǔ)

未來汽車的發(fā)展方向是節(jié)能環(huán)保和輕量化。汽車車身輕量化并非是簡(jiǎn)單地將汽車質(zhì)量減輕，而是在保證車身的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車車身質(zhì)量，同時(shí)要保證汽車車身的制造成本在合理范圍內(nèi)。

鋁合金因其密度低、強(qiáng)度高，在顯著減重的同時(shí)仍然能夠大幅提高車身零部件的剛性，其中尤以鋁合金發(fā)蓋的應(yīng)用最為廣泛。在鋁合金發(fā)蓋的工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況，按照生產(chǎn)線總體規(guī)劃方案，綜合考慮成本、節(jié)拍、效率及質(zhì)量目標(biāo)等因素，選擇合適的生產(chǎn)工藝。