汽车铝挤出门槛制作工艺探究

吴小龙 李鹰 单超

上汽大众汽车有限公司 上海市 201805

伴随着全球对于环境保护和燃油消耗的新的要求和保护地球的生态环境，汽车行业将节能减排作为行业发展的重点，同时为了迎合全世界对于环境保护的呼声，汽车轻量化和新能源被定义为未来整个行业的风向标，在《节能与新能源汽车技术路线图》中节能汽车的发展目标已经有了明确规定，2020年乘用车新车平均油耗要达到5.0L/100km，车辆轻量化是关键节能路径之一。

铝合金作为全世界蕴藏量第二大的金属给主机厂达成轻量化设计指标提供了很好的解决思路。众所周知，铝合金密度2.7kg/m3，仅为铁的1/3，铝是面心立方结构，故有很好的塑性，易于成型和加工，具有良好的抗腐蚀性能，所以，铝合金是满足轻质高强的最好选择之一。

一般来说，新能源车选用铝合金作为原材料并通过挤出工艺解决复杂型面零件的一次成型，同时达到轻量化的效果。另一方面，通过选择不同铝合金牌号挤压成复杂截面的型材在整车上承担着承载和碰撞时型变吸收能量的效果。

1 铝挤出门槛应用示例

某车型在侧围内板与底板之间的空腔内设计有采用铝挤出工艺的门槛，如图1所示。该铝挤出门槛作为车身最重要的零件在侧碰中起到至关重要的作用，在整车一定速度的碰撞之下冲击变形达到吸收能量的效果，以此来保证乘客的安全，并在新能源车上担任着保证电池包壳体安全的职责，避免因侧碰时底板变形较大导致电池包壳体变形从而挤压模组产生失效起火等风险。而型材截面的内侧加强筋设计以及材料的工艺对碰撞结果起着至关重要的作用。

图1 铝挤出门槛应用示例

2 铝挤出门槛制作过程

铝挤出的工艺原理是指将加热到指定温度的铝棒放入挤压筒中，挤压杆在压机的作用下，逐步使铝合金铸锭发生变形并流入挤压模模腔中，最终通过模孔，成行出所需型材[1]，如图2所示。由于铝挤出零件是铝棒流过挤压模模孔形成的，因此其截面形状由模孔决定，类似于挤牙膏一样，不同开口决定不同的挤出外型。

门槛零件，作为挤压型材产品，其制造工艺如图3所示：

铸造后的棒料经过锯切，就可以成为挤压用的铝棒。为了使得铝棒在挤压过程中材料具有很好的流动性，铝棒和挤压模具在挤压之前还需要进行预加热，当达到所需温度后铝棒进行挤压成型。成型后的铝型材需要进行冷却、校直，以保证铝型材零件的扭拧度。经过检测后进行锯切，并经时效处理，就可以得到所需的铝型材。

表1为该铝挤出门槛对于材料化学成分的要求，其中Si和Mg为主要强化元素，Si的含量决定了材料强度，但是过高的Si含量会导致零件延伸率下降，在某些环境下受到外力时材料可能会过早地开裂。Cu的含量和腐蚀、焊接裂纹有着紧密的联系。Mg是强化项元素，与Si形成Mg2Si[2]。在铸造合金配比时需要综合考虑零件强度指标和整车性能，达到一定的平衡点。

同时，为了保证零件的强度和整车的碰撞结果，挤压工艺及其各个环节的参数至关重要。首先，必须考虑零件型材截面的大小，选择最适合的挤压机吨位，其次，为了保证挤压的一致性和稳定性，从铝棒的加温，挤压模的保温时间，挤压筒推进速度等都需要进行严格的控制。在挤压时以尽可能快得的速度将铸棒挤压成型材，同时保证型材在通过挤压出口时超过材料的固溶点温度。为保证零件的强度，必须用最快的冷却方式将型材从500多度的高温降至室温，常用的冷却方法包括风冷、水雾冷、水冷。考虑到门槛截面的大小和复杂程度，为了保证材料强度且控制零件的扭拧度，故采用水雾冷却的方式保证零件尺寸要求并达到设计规定的强度等级。同时，通过微合金化的配方和挤压工艺的优化将粗晶层控制在较好的范围之内，最终在腐蚀试验中取得较好的表现形式。

图2 铝挤出工艺原理图

图3 铝挤出门槛制作工艺

表1 铝门槛材料化学成分定义

3 结语

铝合金作为完成整车轻量化的指标的优选材料，在整车设计时起到了至关重要的作用。对于承载和碰撞吸能都优于其他材料，特别是在新能源车上对于整车减重，保护电池包壳体，防撞吸能有着卓越的性能，相信未来铝合金在整车上的使用会大幅提升，成为工程师们的首选。