铝合金在工程机械驾驶室上的应用研究

铝合金在工程机械驾驶室上的应用研究

张召春;苏剑;唐笑

【摘要】驾驶室轻量化是当前工程机械发展方向之一,通过研究铝合金的选材方案、成形工艺、连接工艺和涂装工艺性能,制定适合于工程机械驾驶室的铝合金应用方案.

【期刊名称】《现代制造技术与装备》

【年(卷),期】2019(000)008

【总页数】2页(P94-95)

【关键词】机械驾驶室;轻量化;铝合金

【作者】张召春;苏剑;唐笑

【作者单位】三一重工股份有限公司,长沙 410100;三一重工股份有限公司,长沙410100;三一重工股份有限公司,长沙 410100

【正文语种】中文

轻量化技术是一种实现节能减排的有效手段，其中轻量化材料应用是目前工程机械驾驶室轻量化发展的主要方向。铝合金强度高、密度仅为钢铁的三分之一，耐腐蚀性优越，是一种较好的轻量化材料，但至今鲜有报道在工程机械驾驶室上的应用实例。本文通过研究铝合金各项性能参数，结合工程机械驾驶室制造性能要求及常用制造工艺特点，制定铝合金应用方案。

1 工程机械驾驶室铝合金选材

工程机械驾驶室因具有多品种、小批量与易变更特点，为了减小产品开发及模具投入，常采用型材骨架车身+板材折弯蒙皮结构形式。

5系和6系铝合金强度中等，成形性、焊接性和防腐蚀性优异，具有良好的综合力学性能，如表1所示。由表1可知，5052-H32屈服强度、延伸率与Q235相近；5083-O屈服强度145MPa、延伸率与Q195相近；6061-T6的屈服强度可达到255MPa，所以工程机械驾驶室的蒙皮可选择5052-H32和5083-O铝合金，骨

架选择6061-T6铝合金型材。考虑到工程机械工况恶劣，为增大驾驶室地板的承

载能力，驾驶室地板继续采用Q235钢材结构。

表1 常见铝合金及钢材的机械性能?

2 工程机械驾驶室用铝合金蒙皮的成形工艺

5082和6016铝合金板材成形回弹大、尺寸精度不高和复杂形状零件难以冲压成

形问题，需投入大金额的成型模夹检具。而工程机械产品多品种、小批量，因此其驾驶室蒙皮使用铝合金需尽量减少冲压件，尽量多使用折弯成形工艺。

从表1中可看出，5系与6系的成型性较好，可折弯；基于成本较优原则，选用5系铝材作为蒙皮材料。经现场对铝板折弯试验表明，3mm厚及以下的5052-H32和5083-O铝合金可以直接将料厚作为折弯半径；3～6mm厚的5052-H32和5083-O折弯半径至少需为料厚的1.5倍。

3 工程机械驾驶室用铝合金的连接工艺

受铝合金强度、经济性等因素影响，工程机械驾驶室可能会使用“铝车身+钢地板”、“铝骨架+铝蒙皮”等混合结构，因此将面临着铝—铝以及铝—钢的连接问题。

3.1 铝—铝连接

已有研究表明，5系和6系铝合金焊接可采用氩弧焊，当板厚≤4mm时，可用

TIG焊；当板厚＞4mm时，可采用MIG焊。经生产现场采用TIG焊焊接接头强

度试验验证，3mm及以下5052-H32、6061-T6铝合金焊接接头的抗拉强度为160MPa，强度较低，且焊接变形较大。因此，在驾驶室铝合金骨架接头焊接时，必须辅助以铆接或螺栓连接等连接方式。在驾驶室铝合金蒙皮焊接时，对于精度要求较高且焊接面积较大的零部件，需采用胶接与铆接复合的连接方式。

3.2 铝/钢连接

由于铝合金与钢的熔点相差大，钢与铝合金的物理特性如表2所示，焊接时铝已

经熔化而钢可能仍处于固化状态。同时，两者之间较大的热膨胀系数和热导率差值也可能使接头产生较大内应力。另外，铝/钢界面易形成硬脆相影响接头的强度和

韧性，两者之间的电位差也可能导致焊接接头产生电化学腐蚀。

表2 钢与铝合金的物理特性?

因此，工程机械驾驶室地板若采用钢材结构，白车身采用铝合金，它们之间的铝—钢常采用铆接或螺栓连接方式；且为避免电化学腐蚀，对接头必须进行特殊设

计且连接紧固件必须进行镀锌或达克罗处理。

4 工程机械驾驶室用铝合金的涂装工艺

经调研，钢、铝同槽磷化时会产生大量氟铝酸钠与氟铝酸钠钾，导致磷化沉渣量增加；且常规电泳烘烤时因烘烤工艺为180℃～200℃/30min，此时热处理强化的

铝合金可能会改变析出相情况、非热处理强化的铝合金可能会发生回复等现象，进而影响铝合金性能，试验情况如表3所示。

表3 电泳前后铝合金的硬度?

而铝合金材料耐腐蚀性优异，在大气中主要发生点腐蚀，腐蚀失重率＜0.9g/m2，且随着时间延长，表面氧化膜厚度逐渐增加，腐蚀速率逐渐降低，所以对涂装无特殊要求的铝合金蒙皮可不进行电泳防锈处理。

因此，工程机械驾驶室需将铝车身及钢质地板分开进行涂装。其中，铝骨架、铝蒙皮均不采用电泳，而采用铝合金专用底漆刷涂；驾驶室的钢质地板，需按正常电泳

工序完成后，再与铝车身进行组装，组装后再喷涂油漆。

5 结语

基于钢铝合金不同物理特性及现场试验成果，将铝合金应用于工程机械驾驶室上，可采用如下方案。

（1）选材方案。骨架选用6061-T6，蒙皮和钣金件选用5052-H32和5083-O，地板仍采用Q235钢材。

（2）成形方案。蒙皮采用折弯成形工艺0.3mm厚及以下的5052-H32和5083-

O折弯半径为料厚；3～6mm厚的5052-H32和5083-O折弯半径为1.5倍料厚。（3）连接方案。6061-T6骨架采用焊接，应力较大部位辅助以铆接；蒙皮采用胶接与铆接复合的形式。

（4）涂装方案。铝合金骨架不进行任何表面处理，外蒙皮采用铝合金底漆刷涂替代电泳工艺。

参考文献

【相关文献】

[1]林炎炎，徐婷，许伟，等.轻量化技术在工程机械研发中的应用[J].机械工程与自动化，2015，（5）：221-223.

[2]刘静安，谢水生.铝合金材料应用与开发[M].北京：冶金工业出版社，2011.

[3]黄旺福，黄金刚.铝及铝合金焊接指南[M].长沙：湖南科学技术出版社，2004.

[4]秦信武，赵凤云.钢铝混合车身防腐性设计的关键技术[J].汽车科技，2006，（2）：43-47.

[5]王飞.钢铝混合车身前处理磷化工艺应用[J].涂料工业，2016，（7）：73-76.