钢铝混合开卷落料线探讨与应用

钢铝混合开卷落料线探讨与应用

李娜;张凯;徐济声;马冰;章海滨

【摘 要】简单分析了近年来铝合金材料在汽车工业中的应用发展趋势以及应用中

遇到的部分问题,列举铝合金板材加工设备与常规碳钢板加工设备的区别,介绍了一

种适用多种原材料的钢铝混合开卷落料线.%The application developing trend

of aluminum alloy in the automotive industry has been simply analyzed in

the issues of aluminum alloy during promoting in domestic

automotive industry have been put differences of processing

equipment for aluminum alloy and steel have been y,the

decoiling-blanking production line suitable for steel and aluminum has

been introduced.

【期刊名称】《锻压装备与制造技术》

【年(卷),期】2017(052)002

【总页数】3页(P22-24)

【关键词】汽车轻量化;铝合金;覆盖件;钢铝混合开卷落料线

【作 者】李娜;张凯;徐济声;马冰;章海滨

【作者单位】济南铸造锻压机械研究所有限公司,山东济南250306;济南铸造锻压

机械研究所有限公司,山东济南250306;济南铸造锻压机械研究所有限公司,山东济

南250306;济南铸造锻压机械研究所有限公司,山东济南250306;济南铸造锻压机

械研究所有限公司,山东济南250306

【正文语种】中 文

【中图分类】TG333.2

在汽车工业高速发展的今天，环保的压力也日益增大。大力发展新能源环保汽车和

推进汽车轻量化设计作为破解之策被寄予厚望。

汽车轻量化用材料可分为高强钢、铝合金、镁合金、碳钎维复合材料等，其中铝合

金作为一种理想的轻金属材料在汽车上的应用越来越广泛。近20年来，铝及铝合

金的使用多集中在车身构件、发动机、空调器、保险杠、车轮、装饰件、车座等方

面。2011年，日本轿车用铝及铝合金中，铸造铝合金占82%、加工材及锻件占

18%；美国轿车分别为70%、30%；德国轿车分别为78%、22%左右。而在加工

材及锻件用量中，挤压材约占30%、板及箔约占68.5%、锻件仅占1.5%左右。

2012年以来，发达国家出于行人保护等需求，车身覆盖件大量采用铝合金板材。

以北美地区引擎盖铝化率为例，2012年引擎盖铝化率达30%，2015年接近50%，

2020预计接近75%，2025预计达到85%。北美2020年车门和行李箱盖/尾门、

顶棚的铝化率将达25%，翼子板铝化率接近20%；2025年车门铝化率将达50%、

行李箱盖/尾门与顶棚铝化率将超过30%，翼子板铝化率接近30%。以奥迪、捷

豹、F-150卡车、TESLA-S新能源汽车为代表的车身全铝化正在推动铝合金板材

在结构件上的应用。

2014年全球汽车用铝量显示，北美是总用量最多和单车用量最大的地区，为

150kg/辆；欧洲第二，单车用铝量145kg；日本第三，单车用铝量140kg；中国

虽是全球最大的汽车生产国，却是单车用铝最少的，仅110kg/辆。

预计到2020年，覆盖件用铝合金板材将大规模采用，2025年18%的乘用车将采

用全铝结构，使北美每台汽车铝合金使用量超过250kg。北美乘用车铝板2012

年的市场规模只有10万t，预测2020年将超过120万t，2025年将超过200万

t。欧洲乘用车铝板2012年的市场为20万t，2020年将超过100万t，2025年

将超过150万t。以上数据表明，发达国家铝合金板材应用已有相当的技术基础及

市场规模，未来还将呈现大规模增长的趋势。

国内一些合资汽车公司如上海通用别克君威、君越、GL8商务车的引擎盖，一汽

大众奥迪汽车引擎盖、车门、行李箱后盖2012年已开始使用铝合金板材。预测国

内覆盖件用高档乘用车车身铝合金板材在2016年超过6万t，2020年有望超过

30万t。

除此之外，结构件及公交车、油罐车、货运挂车等商用汽车更加需要采用铝合金实

现轻量化，预测所需铝合金板材在2020年会超过70万t。因此，2020年中国国

内汽车用铝合金板材的市场需求在100万t以上。

尽管市场前景广阔，但中国汽车用铝材面临着成本高、技术不完善、厂商和大众在

消费上存在偏见等严峻现实。

国内汽车厂家在铝合金的成形、连接、涂装等应用技术方面的研究刚刚起步，为实

现大规模应用还需要解决一系列技术问题。

（1）成形技术。铝合金与钢板相比，延伸率及应变比低、拉延及深冲成形性较差，

弹性模量低、成形后的弹性回复量偏大，因此需要从部件的形状设计、润滑油的选

择、合理的成形条件着手实现铝合金零部件的成形；还可以通过液压成形、高温快

速充气的热成形进行复杂形状零部件的制备。

（2）连接技术。铝合金的连接性能与钢板相比，电阻低、热传导容易，加上表面

致密的氧化物的存在，熔融焊接性能较差，特别是汽车钢板连接常用的点焊技术用

在焊接铝板时性能不尽如意。尽管通用汽车公司找到一些解决办法，但大多数汽车

公司已经把传统的点焊改为铆接。日本丰田汽车公司开发了点摩擦搅拌焊接替代传

统的点焊。

（3）表面处理技术。汽车铝合金板材与镀锌汽车钢板相比，在现有磷化处理液体

中形成的磷酸锌盐结晶体粗大、致密度较低，不能满足涂装性能要求。因此需要对

现有磷化处理液体进行改进，同时需要开发铝钢部件混合磷化、电泳处理技术。

处理碳钢板车身材料常用的板材加工设备，也不能直接应用于铝合金材料。下面以

开卷落料线为例简要说明。

如图1所示，常规的开卷落料线主要由开卷机、清洗机、矫平机、伺服送料装置、

压力机及码垛部分组成，其简要工艺流程为：备料台→上料小车→开卷机→引料机

→切头剪→清洗机→矫平机→活套桥→立导辊→伺服夹送→检测轮→压力机→码垛

部分→废料筐。

而铝板落料线与常规钢板落料线的差异主要体现在：

（1）易产生过渡划伤。铝板与冷轧钢板相比，屈服强度较低、表面更脆弱，不耐

划伤，铝板线必须避免铝板与金属托板直接接触，过渡则必须采用挂胶辊/轮等。

（2）矫平机间隙调整特点。铝板与钢板开卷线矫平机结构相同，但板材弯曲弹复

量差异较大，矫平机间隙调整需逐步调整，摸索经验参数。另外，国内铝材轧制技

术相对落后，因此材料内应力消除不均匀，开卷时矫平机辊子的挠度必须做到实时

在线调整，以得到更好的板型。

钢主流板材市场使用的堆垛机为气浮堆垛机和磁性堆垛。但是异形和镂空板气浮堆

垛机无法正常堆垛使用；铝板因磁的不可吸附性使磁性堆垛机也无法正常使用。对

此必须寻求新的堆垛形式，才能满足需求量迅速增加的铝合金板材的冲压落料需求。

随着铝合金板材在汽车覆盖件和结构件方面的应用日益增多，能够同时处理碳钢板

和铝合金材料的混合开卷落料线应运而生。下面简要介绍这种钢铝混合开卷落料线

的基本结构。

如图2所示，该钢铝复合开卷落料线与普通落料线最显著的区别在于码垛部分。

能够将真空负压系统和电磁皮带结合在一起，在尽量减少对常规码垛系统结构改变

的同时，很好地解决了铝板和钢板在生产线上的输送问题，因此可兼顾两种板材进

行高速高精度码垛，不失为一种巧妙实用的方案设计。

从高速、舒适、美观、耐用、轻量化、节能环保、降低综合成本等方面看，铝合金

无疑是汽车工业现代化和轻量化的首选材料，因此世界各国都在致力于汽车用铝合

金的研究。

随着国内汽车行业的高速发展以及铝合金板材在汽车车身用量的逐渐增多，相应板

材处理设备的需求量也大幅增长。但是能够同时兼顾碳钢板及铝合金板材的加工设

备却呈现出数量明显不足的态势，如本文举例的钢铝混合开卷落料线国内不足10

条，远远不能满足市场需要。

研制高性能的汽车用铝合金和铝合金板材加工设备，对提高我国汽车工业和装备制

造业的国际竞争力具有举足轻重的作用，同时也将产生重大的经济和社会效益。

【相关文献】

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