車身輕量化設(shè)計(jì)對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性意義重大，能夠提高車身剛度，使車身受力分布均勻，提高材料的利用率。鋁合金是目前應(yīng)用最廣的輕量化材料。相比于傳統(tǒng)的鋼制車身，鋁合金車體在設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)等方面均有其獨(dú)特性。

輕量化鋁制車身及零部件從設(shè)計(jì)到完成包含結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、CAE分析、成型、連接總成、表面處理等五個(gè)關(guān)鍵步驟。在鋼制車體鋁化過程中，會(huì)根據(jù)現(xiàn)有鋼制車身的剛強(qiáng)度及減重的需求進(jìn)行多輪次結(jié)構(gòu)優(yōu)化; 同時(shí)還要進(jìn)行成形性分析，確定材料的類型和規(guī)格; 開展零件試制，并對(duì)模具、工藝進(jìn)行細(xì)致優(yōu)化，保障成形合格率; 零件制成后，通過機(jī)械連接、焊接等多種連接方式進(jìn)行總成; 對(duì)其進(jìn)行涂裝處理，形成最終的產(chǎn)品。

1、汽車板外覆蓋件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及CAE分析

外覆蓋件是汽車板的重要應(yīng)用領(lǐng)域，包括車門內(nèi)外板、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)外板等，不同部位的設(shè)計(jì)及使用要求都有一定的差別。

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋一般由外板、內(nèi)板和局部加強(qiáng)板組成。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板受造型的影響很大，幾乎沒有優(yōu)化空間; 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板中間部分無安裝附件，具有較大的設(shè)計(jì)自由度。因此發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要集中在其內(nèi)板上。

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋輕量化通常采用輕質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)兩種方法。目前對(duì)鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析研究，但大多的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都基于經(jīng)驗(yàn)，即通過輕質(zhì)材料替換或修改斷面結(jié)構(gòu)的方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋開發(fā)過程中往往出現(xiàn)某些剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目標(biāo)要求，造成材料的浪費(fèi)和開發(fā)成本的增加。

1.1 鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)是指在給定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)空間內(nèi)找到最佳的材料分布或者傳力路徑，從而在滿足各種性能的條件下得到重量最輕的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化包含優(yōu)化變量、約束響應(yīng)及目標(biāo)響應(yīng)三要素。以發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板為例，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板周邊存在鉸鏈、撐桿、鎖等安裝附件的安裝點(diǎn)，將發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板周邊保持不變，選取發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板中部作為優(yōu)化變量，如圖1所示。約束響應(yīng)要保證優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的各類剛度不低于原結(jié)構(gòu)剛度。約束響應(yīng)設(shè)置見表1。目標(biāo)響應(yīng)設(shè)置質(zhì)量最小化。

經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化，得出發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板的主要傳力路徑，如圖2所示。結(jié)合板材成型工藝及制造要求，消除細(xì)小的路徑，保留重要傳力加強(qiáng)筋，重新設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

對(duì)原鋼制發(fā)動(dòng)機(jī)蓋與拓?fù)鋬?yōu)化后的鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)蓋分別進(jìn)行彎曲剛度、角點(diǎn)剛度、側(cè)向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度性能分析，結(jié)果見表2。

由表2可見，優(yōu)化后鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)蓋相比鋼制的減重30.4%，各剛度均有所提升。另外，相比鋼制發(fā)動(dòng)機(jī)蓋，鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)蓋對(duì)五種剛度的性能提升更加均勻，說明拓?fù)鋬?yōu)化后設(shè)計(jì)的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)蓋結(jié)構(gòu)更加合理。

1.2 鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板CAE性能分析

鋁合金在汽車車身上的應(yīng)用，逐漸從原來的無條件使用，發(fā)展為精細(xì)化的計(jì)算使用。結(jié)構(gòu)CAE分析對(duì)鋁材的使用起到了非常關(guān)鍵的作用，它使材料在用量合理化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了性能最優(yōu)化。鋁合金結(jié)構(gòu)CAE分析主要包括性能CAE分析及碰撞安全性CAE分析。性能CAE分析技術(shù)是通過對(duì)標(biāo)原結(jié)構(gòu)與鋁合金結(jié)構(gòu)的模態(tài)、剛強(qiáng)性能，實(shí)現(xiàn)以鋁代鋼的同時(shí)，提升鋁合金車身的性能指標(biāo)。圖4為鋁合金機(jī)蓋結(jié)構(gòu)模態(tài)CAE分析結(jié)果。

圖5為鋁合金機(jī)蓋結(jié)構(gòu)剛度CAE分析結(jié)果。通過剛度CAE分析確定使用的材料厚度規(guī)格，實(shí)現(xiàn)滿足性能的材料壁厚選取。碰撞安全性CAE分析技術(shù)是通過對(duì)比原結(jié)構(gòu)與鋁合金結(jié)構(gòu)的碰撞性能，使鋁合金結(jié)構(gòu)滿足碰撞安全法規(guī)的要求，如圖6所示。通過行人保護(hù)碰撞安全性CAE分析，來提取發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)外板的最大吸能量，選取優(yōu)化的結(jié)構(gòu)及優(yōu)選材料方案。

2、汽車板的沖壓成型工藝

沖壓成型技術(shù)是板材零部件成形制造的傳統(tǒng)技術(shù)，國(guó)內(nèi)多家主機(jī)廠采用鋼板沖壓生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、車門內(nèi)板等覆蓋件的沖壓生產(chǎn)。由于鋁板與鋼板的特性存在較大差異，鋁板對(duì)沖壓工藝、模具具有特殊的要求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1） 鋁板的塑性低于鋼板的，極易出現(xiàn)沖壓開裂問題。要求零件與模具避免小圓角、急劇過度等形狀特征。通過模具表面鍍鉻處理提高光潔度，降低沖壓成型風(fēng)險(xiǎn)。

2） 為減少批量生產(chǎn)時(shí)材料性能、模具狀態(tài)等因素波動(dòng)對(duì)沖壓質(zhì)量造成的影響，沖壓工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行穩(wěn)健性分析，確認(rèn)材料屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、摩擦因數(shù)、壓邊力、板料厚度等變量對(duì)成形性的影響。

3） 鋁合金的彈性模量小，沖壓后回彈大。模具設(shè)計(jì)前期應(yīng)通過回彈補(bǔ)償手段進(jìn)行優(yōu)化，沖壓工藝設(shè)計(jì)時(shí)要考慮塑性變形程度、變形均勻等因素，避免因回彈導(dǎo)致的零部件尺寸精度下降的問題。

4） 鋁合金修沖時(shí)容易產(chǎn)生鋁屑，鋁屑?xì)埩粼谀＞弑砻婧髸?huì)對(duì)零件表面造成壓傷、劃傷等缺陷，降低外觀質(zhì)量。沖壓工藝設(shè)計(jì)取消廢料刀、縮小修邊沖孔角度、多應(yīng)用正沖孔技術(shù)等手段有助于改善鋁板沖壓鋁屑問題。

5） 相比于機(jī)械式壓力機(jī)，采用伺服壓力機(jī)可以兼顧成形速度和成形力，在保證成品質(zhì)量的同時(shí)，兼顧了沖壓生產(chǎn)效率。

2.1 覆蓋件成形用冷沖壓技術(shù)改進(jìn)

近年來，為了提高鋁合金沖壓成型性，降低模具開發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)外圍繞摩擦與潤(rùn)滑、精確模擬仿真等技術(shù)開展了重點(diǎn)研究，極大地提高了鋁合金汽車板的成形性。

1） 通過潤(rùn)滑處理改善摩擦特性是提高汽車鋁板成形性的有效途徑。鋁板沖壓用潤(rùn)滑劑分為液體潤(rùn)滑劑和固體潤(rùn)滑劑兩種。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)采用固態(tài)潤(rùn)滑劑可以取得比液態(tài)潤(rùn)滑劑更好的摩擦效果，典型案例如M.Meiler在寶馬Z8系列的車用鋁板上使用固態(tài)干膜E1潤(rùn)滑劑沖壓，避免了液態(tài)潤(rùn)滑劑條件下沖壓的開裂和頸縮缺陷。

2） 大量研究發(fā)現(xiàn)材料表面形貌對(duì)摩擦與潤(rùn)滑特性存在顯著影響。因此，表面織構(gòu)化成為鋁板沖壓成型領(lǐng)域的熱門研究，主要包括表面織構(gòu)減摩作用機(jī)理、織構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)、摩擦特性等方面。

3） 模擬仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用于沖壓模具設(shè)計(jì)開發(fā)，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)反復(fù)試錯(cuò)法，以減少模具調(diào)試次數(shù)和降低模具開發(fā)成本與風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋁合金汽車板在復(fù)雜沖壓條件下的宏觀力學(xué)特性、摩擦特性開展了持續(xù)研究，提出了系列硬化模型、屈服準(zhǔn)則和摩擦模型，以實(shí)現(xiàn)鋁合金汽車板沖壓過程的精確模擬。

2.2 高強(qiáng)件采用熱成形技術(shù)

隨著汽車輕量化的推進(jìn)，對(duì)高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件的需求越來越急迫，但是由于高強(qiáng)鋁合金室溫下成形性能差，無法成形復(fù)雜的汽車零部件。為了滿足汽車高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件的成形性需求，帝國(guó)理工大學(xué)的林建國(guó)教授提出了鋁合金熱沖壓成型技術(shù)。該技術(shù)的典型工藝流程： 首先將高強(qiáng)鋁合金板材進(jìn)行固溶處理，然后快速轉(zhuǎn)移到模具中進(jìn)行成型淬火，通過人工時(shí)效處理獲得高強(qiáng)鋁合金零件。該技術(shù)可以滿足高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件成型性的要求。英國(guó)Impression Technologies Ltd（ ITL） 公司將該技術(shù)率先在全球進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化推廣，建立了批量生產(chǎn)線，并已為蓮花汽車、阿斯頓·馬丁等主機(jī)廠開發(fā)出來高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件，如圖7所示。

我國(guó)在高強(qiáng)鋁合金熱成形技術(shù)方面開展了大量研究，主要集中在鋁合金熱成形性能、鋁合金熱成形強(qiáng)化工藝與機(jī)制、熱沖壓數(shù)值模擬以及熱沖壓零件性能評(píng)價(jià)等方面。華中科技大學(xué)王義林等通過熱成形生產(chǎn)線試制了某汽車B柱，材質(zhì)為7075高強(qiáng)鋁合金，力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果如圖8 所示，抗拉強(qiáng)度范圍為557 MPa～578 MPa，伸長(zhǎng)率約為6.7%～10.1%。

蔚來汽車在其量產(chǎn)的全鋁車身中，使用了500 MPa級(jí)的7×××鋁合金B(yǎng)柱內(nèi)板。據(jù)了解，該材料是由西南鋁業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司獨(dú)家供貨。該高強(qiáng)熱沖壓鋁合金零件的應(yīng)用在行業(yè)內(nèi)起到了良好的示范作用。目前中國(guó)第一汽車集團(tuán)有限公司、東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司、廣州汽車集團(tuán)股份有限公司等主機(jī)廠已開展鋁合金熱成形技術(shù)儲(chǔ)備。

3、汽車鋁合金零部件的連接技術(shù)

3.1 鉚接

自沖鉚接（SPR）是一種快速連接兩層或者多層板材的冷成型工藝，它將鉚釘刺入上層板，并使其刺穿后，在一定模具作用下，鉚釘?shù)耐炔肯蛳聦影宀牧现車鷶U(kuò)展而不沖裁下層板，最后形成機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)。HENROB 在1993年首先發(fā)明了該技術(shù)，并將該技術(shù)成功用于奧迪A8全鋁汽車車身的總成制造，提高了連接點(diǎn)強(qiáng)度及可靠性，克服了連接點(diǎn)疲勞性能不足、鋼鉚釘和鋁材的接觸腐蝕等問題。

SPR技術(shù)為典型的機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，連接過程無冶金反應(yīng)，可有效避免異種材料焊接過程因?qū)щ?、?dǎo)熱的差異形成的焊接變形、內(nèi)應(yīng)力等，克服了鋁合金、鎂合金等輕金屬難以采用傳統(tǒng)點(diǎn)焊連接方法的限制。該技術(shù)不僅可用于同種材料之間的連接，而且能夠?qū)崿F(xiàn)鋁/鎂、鋁/鋼、鋁合金/鎂合金/高強(qiáng)度鋼等金屬材料和高分子材料/復(fù)合材料的異種材料連接，同時(shí)連接過程能耗低，無熱效應(yīng)，不會(huì)破壞防腐涂層。

半空心鉚釘SPR工藝過程如圖9所示，包含四個(gè)階段： 壓緊階段，沖裁階段，擴(kuò)張階段，沖鉚完成。

目前，SPR技術(shù)已應(yīng)用在奧迪、捷豹、寶馬、通用、福特等公司白車身制造中，形成了廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)新能源鋁合金及鋼鋁混合車身總成連接，具有不可替代的地位。國(guó)內(nèi)奇瑞、捷豹路虎、上汽大眾等車身普遍采用的連接工藝就是SPR技術(shù)，典型應(yīng)用如圖10所示。

SPR主要的研究有三個(gè)方面： 自動(dòng)化鉚接設(shè)備、鉚接工藝開發(fā)及鉚接質(zhì)量檢測(cè)。

目前國(guó)外已有成熟的SPR自動(dòng)化鉚接設(shè)備，如Henrob、Bollhoff、Emhart，但是國(guó)外知名的SPR設(shè)備價(jià)格普遍較高，企業(yè)對(duì)白車身總成生產(chǎn)線進(jìn)行替換代價(jià)太大，推廣受阻。同時(shí)由于關(guān)鍵技術(shù)封鎖，引進(jìn)設(shè)備存在技術(shù)壁壘，很難在國(guó)內(nèi)得到普遍應(yīng)用。近些年來國(guó)內(nèi)在SPR技術(shù)推廣及設(shè)備開發(fā)方面也取得了重大突破，形成了國(guó)內(nèi)自主品牌，并在國(guó)內(nèi)汽車制造中得到了廣泛應(yīng)用，如深圳一浦萊斯、蘇州斯旺西、上海固極等，均可提供相關(guān)硬件設(shè)備及集成方案。

對(duì)SPR工藝及技術(shù)開發(fā)，國(guó)外已開展了較為系統(tǒng)的研究，并取得了系列成果，但是出于技術(shù)壟斷和技術(shù)封鎖的目的，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)及設(shè)備供應(yīng)商仍然對(duì)該工藝的核心設(shè)置了技術(shù)屏蔽。相比之下，由于對(duì)該技術(shù)的研究時(shí)間有限，國(guó)內(nèi)高校及研究機(jī)構(gòu)尚未對(duì)SPR工藝開展全面系統(tǒng)的深入研究，未形成系統(tǒng)的成套解決方案。因此，開展輕量化材料SPR工藝技術(shù)的研究對(duì)推動(dòng)SPR技術(shù)的發(fā)展十分重要。

3.2 點(diǎn)焊

電阻點(diǎn)焊是鋼制車身最重要的連接方式，在車身總成及零部件的焊裝中均有大量應(yīng)用。隨著汽車輕量化的推進(jìn)，電阻點(diǎn)焊也開始廣泛應(yīng)用于鋁合金零部件的連接。在奔馳SL-Ｒ231、奧迪TT、凱迪拉克CT6、福特F150 皮卡等車身裝配中均大量采用了鋁合金電阻點(diǎn)焊工藝。

鋁合金電阻點(diǎn)焊的技術(shù)難點(diǎn)有以下兩方面：

1） 焊接時(shí)銅電極與鋁基體發(fā)生粘連作用，銅電極的連續(xù)打點(diǎn)性能差。主要原因是鋁合金表面存在組織致密、熔點(diǎn)極高、導(dǎo)電性能極差的氧化膜，焊接過程中產(chǎn)生很大的接觸電阻，電阻熱會(huì)形成高溫，使鋁與銅形成低熔點(diǎn)（548 ℃）的化合物，使銅電極與鋁合金的表面發(fā)生強(qiáng)烈粘連導(dǎo)致銅電極燒損嚴(yán)重。

2） 鋁合金電阻點(diǎn)焊接頭力學(xué)性能較差。原因有三點(diǎn)： 一是焊點(diǎn)熱影響區(qū)組織軟化（ 晶粒長(zhǎng)大和過飽和固溶體等） ; 二是接頭的熔核處易形成縮松和氣孔，熱影響區(qū)易形成液化裂紋; 三是鋁合金熱膨脹系數(shù)較大（ 約為鋼的2倍） ，點(diǎn)焊熔化時(shí)的熱膨脹較大，易在工件接觸面間造成噴濺、電極與工件間造成飛濺，繼而帶走部分熔化金屬和熱量，影響熔核直徑的大小。

針對(duì)當(dāng)前鋁合金電阻點(diǎn)焊的應(yīng)用情況，目前的研究進(jìn)展主要包括以下幾個(gè)方面：

1） 表面特性及接觸電阻優(yōu)化

鋁合金的表面狀態(tài)對(duì)電阻點(diǎn)焊的力學(xué)性能有很大影響。鋁合金表面形成的Al2O3膜在銅電極和鋁制工件的界面間會(huì)產(chǎn)生高電阻，這些不導(dǎo)電且難熔化的氧化膜會(huì)導(dǎo)致鋁合金焊點(diǎn)的質(zhì)量和電極壽命明顯下降。目前工業(yè)上主要通過對(duì)鋁合金板進(jìn)行清洗或者鈍化來去除氧化層，降低接觸電阻。在接觸電阻優(yōu)化方面，Luo et al．提出應(yīng)用小電流預(yù)熱處理抑制氧化層的影響。如圖11所示，當(dāng)在原有焊接工藝基礎(chǔ)上施加一個(gè)電流為8 kA，時(shí)間為50 ms的預(yù)熱時(shí)，可以顯著降低AA5052 鋁合金界面處的接觸電阻，從而顯著提高焊接質(zhì)量。

2） 外加磁場(chǎng)對(duì)焊點(diǎn)性能的改善

在相同的焊接工藝參數(shù)條件下，外加磁場(chǎng)對(duì)焊點(diǎn)熔核位置組織及性能有明顯的影響。Yang Li等在開展AA5052鋁合金點(diǎn)焊時(shí)發(fā)現(xiàn)，外加磁場(chǎng)施加的電磁力可以明顯細(xì)化柱狀晶粒，因此采用外加磁場(chǎng)制備的接頭在柱狀晶和粗晶區(qū)具有較高的硬度（添加和不添加外部磁場(chǎng)的粗晶區(qū)晶粒尺寸分別為9.3 μm和16.7 μm） ，如圖12所示。

3） 電阻點(diǎn)焊焊接工藝的優(yōu)化

焊接工藝的優(yōu)化內(nèi)容一般包括三個(gè)主要參數(shù)：焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力。其中焊接電流與焊接時(shí)間對(duì)熔核位置熱效應(yīng)的影響趨勢(shì)相同，焊接電流越大、時(shí)間越長(zhǎng)，焊接的熱效應(yīng)越顯著。電極壓力則主要通過對(duì)接觸電阻和接觸面積的影響來影響接頭性能，當(dāng)電極力不足時(shí)，接觸電阻高，產(chǎn)生過多的熱，易于發(fā)生飛濺，從而導(dǎo)致接頭質(zhì)量差; 當(dāng)電極力過大時(shí)，熔核直徑和接頭強(qiáng)度均呈減小趨勢(shì)，這主要是由于接觸面積增大、電流密度減小和散熱增加所致。

3.3 冷金屬過渡焊接（CMT）

熔化極氣體保護(hù)焊具有成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)備受主機(jī)廠青睞，但該種焊接方式在應(yīng)用過程中，存在飛濺大、變形量難以控制等問題，在鋁合金薄板上很難得到廣泛推廣，尤其對(duì)于1 mm 左右的薄板是該種焊接工藝的“禁區(qū)”，而輕量化汽車用鋁合金板厚度多為1 mm 左右。汽車白車身鋁合金工件狀況見表3。為獲得高質(zhì)量、高精度的輕量化車身零部件，對(duì)焊接技術(shù)提出了更高要求。

Fronius公司通過精準(zhǔn)協(xié)調(diào)送絲及實(shí)時(shí)監(jiān)控，創(chuàng)造性地提出了新型熔化極氣體保護(hù)焊———冷金屬過渡焊接工藝，該工藝的主要原理為當(dāng)熔滴與熔池接觸發(fā)生短路時(shí)，短路信號(hào)反饋給數(shù)字化處理器，焊機(jī)馬上停止輸出電流，處于“冷”階段; 隨后，焊絲回抽、進(jìn)給，重新引弧并給予材料熱量，處于“熱”階段。這樣往返循環(huán)實(shí)現(xiàn)了焊接過程“冷”和“熱”的交替。圖13為CMT焊接過程。

CMT焊接工藝通過精準(zhǔn)控制熱輸入從而使自動(dòng)化焊接1 mm 左右的超薄鋁合金成為可能，同時(shí)該工藝具備較強(qiáng)的搭橋能力，可降低白車身裝配要求，滿足輕量化車身連接需求。表4為CMT技術(shù)在白車身領(lǐng)域焊接適應(yīng)性。

CMT焊接工藝已在國(guó)內(nèi)外眾多主機(jī)廠得以成功應(yīng)用，尤其是在車門、頂蓋等外觀要求高的部位，但車身骨架等中厚板（3 mm以上） 運(yùn)用CMT工藝時(shí)，其焊接過程能量輸入低并具有上限值，往往產(chǎn)生未焊透等焊接缺陷，可采用CMT復(fù)合脈沖（CMT+P）焊接工藝，能有效避免焊接缺陷的產(chǎn)生。這種工藝兼顧C(jī)MT低的焊接熱輸入的特點(diǎn)，同時(shí)與電弧脈沖復(fù)合，使焊接過程熱輸入量可以自由調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊接熱輸入的精確控制，該種工藝適用于車身骨架、車體下結(jié)構(gòu)等對(duì)連接強(qiáng)度有一定要求的部位。圖14為CMT焊接工藝車身焊縫改善對(duì)比。

采用CMT冷金屬過渡技術(shù)是輕量化汽車焊接技術(shù)的發(fā)展方向，CMT工藝以多變的模式、精準(zhǔn)的控制被各大主機(jī)廠廣泛認(rèn)可。CMT、CMT+P和變極性控制技術(shù)將被廣泛應(yīng)用到汽車覆蓋件、汽車骨架及汽車增材制造領(lǐng)域中。

3.4 膠接

膠接是指使用規(guī)定的粘接膠將兩個(gè)以上金屬或非金屬零件粘結(jié)起來的技術(shù)措施。膠接技術(shù)具有應(yīng)用范圍廣、載荷分布均勻、變形小、物理性能好、工藝簡(jiǎn)便，成本低等特點(diǎn)，在車身連接中獲得了廣泛的應(yīng)用。

按照強(qiáng)度，粘接膠可以分為高結(jié)構(gòu)（high-structural）粘接膠、柔性結(jié)構(gòu)（flexible-structural） 粘接膠、彈性（elastic） 粘接膠以及密封膠（sealants） 四類。四類粘接膠的可逆彈性變形以及剪切模量如圖15所示。剪切模量以及斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)率如圖16所示。

高結(jié)構(gòu)粘接膠一般由環(huán)氧、丙烯酸以及聚氨酯組成，可以分為室溫兩組份體系以及熱固化單組份體系。焊裝車間所用粘結(jié)膠一般為熱固化類型的，其中含有硬化劑在加熱條件下與環(huán)氧樹脂反應(yīng)并固化，從而得到最終的產(chǎn)品。焊裝車間進(jìn)行的膠裝一般先進(jìn)行預(yù)固化，隨后再隨車身進(jìn)行整體的磷化、電泳涂裝工序，從而在電泳烘烤階段完成膠的最終固化。在焊裝車間的膠接類型主要包括隔振膠、折邊膠、點(diǎn)焊密封膠、結(jié)構(gòu)膠等。不同類型膠的連接方式如圖17所示。

隔振膠主要用于機(jī)蓋、行李箱蓋、頂蓋和車門等內(nèi)外板之間。隔振膠的主要作用為減振，膨脹率范圍100%～300%。隔振膠的使用位置如圖18所示。涂隔振膠時(shí)一般分為條狀膠和點(diǎn)狀膠。條狀膠的斷面形狀為直徑約8 mm 的半圓弧，每段長(zhǎng)度約60 mm～80 mm，段與段的間隔約40 mm; 點(diǎn)狀膠的直徑約為20 mm（ 視板件之間距離進(jìn)行調(diào)整） ，相鄰膠點(diǎn)的間隔一般大于50 mm。

車身鈑金件折邊結(jié)構(gòu)的粘接膠統(tǒng)稱為折邊膠，是用于車身鈑金件折邊結(jié)構(gòu)的粘接膠的通稱，主要用于機(jī)蓋、車門、前翼子板等位置。折邊膠的應(yīng)用位置如圖19所示。采用折邊方式連接內(nèi)、外蓋板，可有效提高車身的外觀質(zhì)量，減少焊接凹坑。折邊膠施工方式有機(jī)械手自動(dòng)涂膠和手動(dòng)涂覆，折邊后應(yīng)確保內(nèi)、外板之間的間距在0.1 mm～0.4 mm之間，施工壓力一般控制在12 MPa～16 MPa 之間。

點(diǎn)焊密封膠是焊裝工藝過程中常用的重要膠種之一，多用于前后圍、側(cè)圍及地板等處密封，主要起密封、防漏、防腐蝕以及防止灰塵進(jìn)入等作用，一般在焊接前在車身鈑金件之間使用，要求其經(jīng)焊接、涂裝固化膨脹后具有一定粘接強(qiáng)度。點(diǎn)焊密封膠的斷面形狀為直徑約3 mm～5 mm 的半圓弧，圓心離邊界7 mm。

4、汽車板零部件的涂裝工藝

鋁合金汽車零部件的涂裝主要包括前處理及涂裝工序： 前處理方式主要包括磷化及薄膜化處理; 涂裝工序主要包括電泳、中涂、色漆、清漆的噴涂等。

4.1 涂裝前處理

磷化前處理方式在汽車行業(yè)應(yīng)用最為普遍，鋼制車身大量采用磷化處理方式。對(duì)于含鋁車身而言，由于鋁合金的特性，磷化方式與鋼制車身存在一定差異。鋁合金構(gòu)件表面存在一層氧化鋁（Al2O3）膜層，需要在磷化槽液中添加氟離子（F－），一方面促進(jìn)鋁合金表面氧化膜溶解，另一方面與槽液中游離態(tài)的鋁離子（Al3+） 反應(yīng)生成AlF3、AlPO4、K2NaAlF6等沉淀物，減少Al3+對(duì)磷化的影響。典型鋁合金磷化后表面形貌如圖20所示。

此外，含鋁車身在磷化過程中產(chǎn)渣量要大于鋼制車身的，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)除渣系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。一般而言，在鋁合金表面積比例不超過20%時(shí)，可以采用鋼鋁共線磷化的方式進(jìn)行磷化處理; 在鋁合金表面積比例超過20%時(shí)，可以采用兩步法或者薄膜前處理工藝。兩步法磷化其要點(diǎn)在于鋼鋁混合件中的鋼件和鋁件分別進(jìn)行磷化和鈍化處理，通過在磷化液添加遮蔽劑，使鋁合金在磷化液中不反應(yīng)，鋼件先進(jìn)行磷化，隨后有鈍化工序?qū)︿X合金進(jìn)行鈍化，確保鋼件、鋁件均制備良好的前處理保護(hù)膜層。

鋁合金表面積比例超過20%時(shí)，可以采用兩步法或者薄膜前處理工藝。兩步法磷化其要點(diǎn)在于鋼鋁混合件中的鋼件和鋁件分別進(jìn)行磷化和鈍化處理，通過在磷化液添加遮蔽劑，使鋁合金在磷化液中不反應(yīng)，鋼件先進(jìn)行磷化，隨后有鈍化工序?qū)︿X合金進(jìn)行鈍化，確保鋼件、鋁件均制備良好的前處理保護(hù)膜層。

4.2 涂裝工序

汽車涂裝工序主要包括電泳、中涂、色漆、清漆的噴涂等。水性免中涂B1B2工藝，是近年來研發(fā)的一種環(huán)保性涂裝工藝，由于不再設(shè)置中涂工序，降低了涂料自身的實(shí)際應(yīng)用量，減少了涂裝過程能量耗損及運(yùn)行成本投入，降低了有害物質(zhì)的排放量。免中涂涂裝工藝路線由于減少了中涂工序使得涂料總體厚度下降，且由于薄膜前處理的大量使用，對(duì)于鋁合金板材的表面質(zhì)量的要求越來越高，板材的表面粗糙度會(huì)發(fā)生傳遞行為，影響最終的涂裝效果。為了滿足涂裝后表面長(zhǎng)波、短波以及鮮映性等指標(biāo)，要求鋁材嚴(yán)格控制平均粗糙度、峰密度和波紋度等性能指標(biāo)。

結(jié)束語

本文作者對(duì)汽車用鋁合金板材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)性的概述，分別從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、CAE分析、沖壓成型技術(shù)、零部件的連接技術(shù)及涂裝技術(shù)五個(gè)方面介紹了輕量化鋁合金板材的應(yīng)用現(xiàn)狀。目前，車身中的鋁合金汽車板的設(shè)計(jì)開發(fā)與生產(chǎn)應(yīng)用已得到國(guó)家的重視和支持，汽車工業(yè)也已瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，未來對(duì)汽車用鋁合金板材的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用技術(shù)工藝將進(jìn)行更深入的研究開發(fā)：

1） 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真方面，以拓?fù)鋬?yōu)化分析方法作為研究手段，對(duì)汽車用鋁合金板材進(jìn)行正向設(shè)計(jì)開發(fā)。

2） 在材料成形方面，充分研究鋁合金的材料特性，加大對(duì)汽車車身板材用鋁合金的研究力度，完善沖壓模擬精度，提升沖壓件表面質(zhì)量。

3） 在材料連接方面，加大對(duì)連接設(shè)備及工藝的研發(fā)投入，提升鋁板的連接質(zhì)量、效率，降低連接成本。

4） 在零部件涂裝方面，加強(qiáng)環(huán)保型涂裝前處理工藝、免中涂短流程涂裝工藝的研究，實(shí)現(xiàn)鋼鋁零部件的混合涂裝和應(yīng)用

審核編輯 ：李倩