在汽車工業(yè)中，鋁合金型材主要用于汽車保險(xiǎn)杠等安全部件，而最引人關(guān)注的是鋁型材空間框架車身結(jié)構(gòu)。2017年的奧迪A8－D5的鋁型材占比在5％左右，主要是前縱梁；2010年的奧迪A8－D4的鋁擠出用量18．5％，共30個(gè)零件，主要是前后縱梁、門檻梁、座椅橫梁等零件。更有甚者，海德路預(yù)測(cè)未來(lái)車身用鋁零部件，如圖1所示，可以看出多數(shù)是彎曲或者液壓鋁型材。

圖1 鋁型材在汽車車身上的應(yīng)用預(yù)測(cè)

鋁型材的成形

前面我們介紹過鋁合金的擠壓工藝基礎(chǔ)，鋁型材就是鋁棒通過熱熔、擠壓，從而得到不同截面形狀的鋁材。（擠壓Extrude工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品包括管、棒、型、線，但汽車上常用的是型材Profile）

鋁型材通過擠壓，切斷之后得到統(tǒng)一斷面的直線型型材。如圖2中Model 3的門檻內(nèi)板的加強(qiáng)梁。

圖2 Model 3使用鋁型材增強(qiáng)車身門檻

由于造型和配合等原因，直接采用擠出型材切斷的案例較少，更多的是將擠出后的型材經(jīng)過彎曲成形的工藝，制作成二維或三維的彎曲零件。如愛馳U5汽車前端使用的鋁型材彎曲件。

圖3 愛馳U5前艙使用的鋁型材管件

那么，這些鋁型材的彎曲零件又是如何制造出來(lái)的呢？目前，可實(shí)現(xiàn)此工藝的方法有兩大類，一種是液壓成形，另一種即是滾彎成形。液壓成形精度較高，并且截面可設(shè)計(jì)成變化的；滾彎成形會(huì)受到鋁型材材料波動(dòng)的影響，精度較液壓成形低，廢品率較高。兩種彎管制作工藝的對(duì)比如圖4所示。

圖4 鋁型材彎管工藝對(duì)比

傳統(tǒng)的彎曲成形工業(yè)有很多種，按照成形方式可以分為兩大類。第一類是鋁型材的彎曲形狀由模具所決定，如拉彎、繞彎、壓彎等；第二類是型材通過工件與模具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行彎曲成形，如滾彎，自由彎曲，柔性彎曲等。（上交大－白梅杉）

拉彎成形

拉彎成形，顧名思義就是將零件的兩端夾緊并拉伸，使零件沿著模具位置拉伸成形的一個(gè)過程。拉彎模具相對(duì)工作臺(tái)面固定不動(dòng)，拉彎?rùn)C(jī)兩側(cè)的轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)，從而帶著型材靠模來(lái)完成型材的拉彎成形。兩個(gè)轉(zhuǎn)臂上裝有拉伸油缸，由油缸帶動(dòng)拉桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。模具固定在工作臺(tái)面上。

拉彎成形可以分為3個(gè)步驟：

第一步，設(shè)備拉伸缸鉗口夾住材料并給型材施加預(yù)拉伸力，達(dá)到材料屈服強(qiáng)度。

第二步，拉彎?rùn)C(jī)回轉(zhuǎn)缸加載彎曲回轉(zhuǎn)，拉伸缸按照程序設(shè)定軸向拉力，使型材圍繞拉彎模具做貼合運(yùn)動(dòng)而使材料成形。

第三步，根據(jù)材料變形回彈情況增加補(bǔ)拉伸。

圖5 拉彎成形示意圖

拉彎可實(shí)現(xiàn)多弧度變曲率的型材成形，并在成形過程中消除一定的應(yīng)力。但拉彎成形的模具通用性較差，模具投入較大。

壓彎成形

壓彎成形是利用液壓壓力機(jī)對(duì)材料施加壓力，通過壓彎模具對(duì)材料產(chǎn)生彎矩，使材料發(fā)生彎曲形成一定的角度和曲率，屬于一種特殊的沖壓成形工藝。壓彎成形的結(jié)構(gòu)原理圖如圖6所示。

圖6 壓彎成形示意圖

對(duì)于彎曲半徑較小、曲率變化較集中的零件，多采用壓彎成形。

繞彎成形

繞彎成形的工作原理是用夾頭夾持型材的一端，側(cè)壓輪將型材壓靠在繞彎模上，工作時(shí)繞彎模旋轉(zhuǎn)，固定在繞彎模上的夾頭帶動(dòng)型材一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將型材彎曲成所需的形狀。繞彎工藝的原理如圖7所示。

圖7 繞彎成形示意圖

繞彎成形對(duì)零件的長(zhǎng)度有一定要求，過長(zhǎng)或過短的零件都無(wú)法用該工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。

滾彎成形

滾彎又可寫為輥彎，是一種通過將型材牽引至成形輥之間，通過多組彎輥的作用，形成最終的彎曲零件的工藝。以三輥彎曲為例，首先將型材放置在彎輥之間，靠中心的彎輥向下移動(dòng)或側(cè)輥向上移動(dòng)，以使零件成形。然后三個(gè)輥輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦。最后輥輪帶動(dòng)型材運(yùn)動(dòng)，滾彎成形的原理如圖8所示。

圖8 滾彎成形示意圖

滾彎成形的通用性好，且無(wú)需制造相應(yīng)形狀的模具，性價(jià)比較高，適合生產(chǎn)大批量單一弧度工件或小批量多弧段的零件。對(duì)于多圓弧工件，數(shù)控輥彎?rùn)C(jī)可以實(shí)現(xiàn)工件的多弧度彎形要求，但由于鋁型材本身材料硬度的差異，加之工件多弧度每個(gè)弧段變形程度不同，反彈不均，生產(chǎn)時(shí)工件形狀一致性不好，需要后期人工校形。

液壓成形

液壓成形（hydro forming）是指利用液體或模具使工件成形的一種塑形加工技術(shù)，也稱液力成形。僅需要凹模或凸模，液體介質(zhì)相應(yīng)地作為凸模或凹模，省去一般模具費(fèi)用和加工時(shí)間，而且液體作為凸�？梢猿尚魏芏鄤傂阅＞邿o(wú)法成形的復(fù)雜零件。圖9為液壓成形鋁型材的大致生產(chǎn)流程示意。

圖9  液壓成形鋁型材生產(chǎn)流程示意圖

目前，液壓成形工藝已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)鋼的成形，對(duì)于鋁合金這種低強(qiáng)度合金來(lái)說(shuō)，當(dāng)然不在話下。通過液壓成形工藝制造的鋁型材零件，精度高生產(chǎn)效率高。圖10所示的CT6前端管件就是采用液壓成形的工藝，上文所說(shuō)的愛馳U5也是采用此工藝以保證如此長(zhǎng)度零件的精度。

圖10  CT6鋁型材零件

總結(jié)

鋁型材在汽車上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，既因?yàn)殇X型材在碰撞中的吸能特性、輕量化方面有巨大優(yōu)勢(shì)，更是因?yàn)殇X型材的可塑性強(qiáng)，生產(chǎn)性好。國(guó)內(nèi)幾款微型車大量采用鋁型材來(lái)制造車身，已證明了鋁型材在汽車工業(yè)的表現(xiàn)，但采用的零件大多為等截面的型材，并沒有發(fā)揮材料的最大局限。

本文對(duì)鋁型材的幾種彎曲方法做了簡(jiǎn)單的介紹，就目前而言，滾彎、壓彎等工藝在精度控制，生產(chǎn)節(jié)拍的控制上還是不如液壓成形。但液壓成形因?yàn)槟＞叩耐ㄓ眯缘葐栴}，成本較高，更為重要的是，目前該工藝的主要技術(shù)還掌握在外國(guó)人手里！你我都將為之奮斗，為我汽車工業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

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