CN108340970B - 新能源汽车骨架用铝合金型材及挤压模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车骨架用铝合金型材，包括采用第一材料制成的第一吸能区和采用不同于第一材料的第二材料制成的第二吸能区，第一吸能区和第二吸能区相连接且为相对设置。本发明的新能源汽车骨架用铝合金型材，由两种不成分的铝合金材料挤压而成，通过设计特殊的型材结构，具有很好的溃缩吸能效果。

Description

新能源汽车骨架用铝合金型材及挤压模具

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，具体地说，本发明涉及一种新能源汽车骨架用铝合金型材及挤压模具。

背景技术

当前汽车车体材料技术发展的主题是轻量化、高性能、安全和环保节能。传统的汽车车身设计采用钢板作为材料，多由冲压板材焊接而成，相比于传统汽车，新能源汽车对于轻量化技术的要求更为迫切。轻量化可实现燃油经济性、减少污染物、降低汽车碳排放。

例如，纯电动汽车电池组重量约占整车的30％-40％。因此，电动汽车必须在电气化的同时采取比传统意义上的轻量化技术更先进的方法和措施。铝合金、镁合金、钛合金、塑料和复合材料、精细陶瓷、金属基复合材料、非金属基复合材料的应用需求加速。目前，部分A00级电动车已逐渐开始采用铝合金型材焊接组成车身骨架。

为了提高车身骨架整体的强度和碰撞吸能能力，实现靠近车身内侧的强度高于外侧，在碰撞时表现为吸能溃缩，减少侵入量保护车内人员，一般在车身骨架内都增加有加强板。这种多板材的焊接工艺，存在焊接误差、易产生异响、生成效率较低等不足之处。

针对这一问题，在开发铝合金汽车件时，铝合金零件的吸能设计尤为重要，需要考虑其碰撞时的溃缩行为。现有新能源汽车骨架使用的铝合金型材在车身发生碰撞时的吸能效果较差，而且不利于新能源汽车轻量化。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种新能源汽车骨架用铝合金型材及挤压模具，目的是提高吸能效果。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：新能源汽车骨架用铝合金型材，包括采用第一材料制成的第一吸能区和采用不同于第一材料的第二材料制成的第二吸能区，第一吸能区和第二吸能区相连接且为相对设置。

所述第一吸能区的强度大于所述第二吸能区的强度。

所述第一材料的化学成分重量百分比为：Mg 3.0～6.0％，Zn 0～0.25％，Cr0～0.10％，Si 0.12～0.30％，Fe 0～0.35％，Mn 0.50～0.55％，其余为Al和不可避免的杂质元素。

所述第二材料的化学成分重量百分比为：Mg 0.5～0.8％，B 0.05～0.10％，Sr0.1～0.25％，Si 0.05～0.10％，其余为Al和不可避免的杂质元素。

所述第一吸能区和所述第二吸能区均为U型结构。

所述第一吸能区包括依次连接的第一内吸能部、第二内吸能部和第三内吸能部，第一内吸能部和第三内吸能部为相对设置且第一内吸能部和第三内吸能部与所述第二吸能区连接。

所述第一内吸能部和所述第三内吸能部相平行，所述第二内吸能部与第一内吸能部和第三内吸能部为垂直连接。

所述第二吸能区包括依次连接的第一外吸能部、第二外吸能部和第三外吸能部，第一外吸能部和第三外吸能部为相对设置且第一外吸能部和第三外吸能部与所述第一吸能区连接。

所述第一外吸能部和所述第三外吸能部相平行，所述第二外吸能部与第一外吸能部和第三外吸能部为垂直连接。

本发明还提供了一种适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，包括凸模、凹模、顶针芯棒和设置于所述凸模的内部且与所述顶针芯棒相对布置的模芯，凸模具有让第一材料通过的第一分流孔和让第二材料通过的第二分流孔，所述凹模具有与第一分流孔和第二分流孔连通的焊合室。

本发明的新能源汽车骨架用铝合金型材，由两种不成分的铝合金复合铝锭挤压而成，通过设计特殊的型材结构，具有很好的溃缩吸能效果。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明新能源汽车骨架用铝合金型材的截面示意图；

图2是新能源汽车车身骨架的结构示意图；

图3是本发明适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具的结构示意图；

图4是本发明新能源汽车骨架用铝合金型材的成型过程示意图；

图中标记为：

1、第一吸能区；101、第一内吸能部；102、第二内吸能部；103、第三内吸能部；

2、第二吸能区；201、第一外吸能部；202、第二外吸能部；203、第三外吸能部；

3、凸模；301、第一分流孔；302、第二分流孔；4、凹模；5、模芯；6、顶针芯棒；7、焊合室；8、A柱；9、门槛梁。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

需要说明的是，在下述的实施方式中，所述的“第一”和“第二”并不代表结构和/或功能上的绝对区分关系，也不代表先后的执行顺序，而仅仅是为了描述的方便。

如图1和图2所示，本发明提供了一种新能源汽车骨架用铝合金型材，包括采用第一材料制成的第一吸能区1和采用不同于第一材料的第二材料制成的第二吸能区2，第一吸能区1和第二吸能区2相连接且为相对设置。

具体地说，如图1和图2所示，本发明新能源汽车骨架用铝合金型材可用于新能源汽车骨架的A柱和门槛梁，不可用于新能源汽车骨架的各类横梁。本发明的铝合金型材为内部中空且周向封闭的结构，第一吸能区1和第二吸能区2为沿铝合金型材的长度方向延伸，在铝合金型材的宽度方向上，第一吸能区1和第二吸能区2为相对布置，第一吸能区1和第二吸能区2固定连接，第一吸能区1和第二吸能区2包围形成铝合金型材的中空内腔。

作为优选的，第一吸能区1的强度大于第二吸能区2的强度，第一吸能区1位于第二吸能区2的一侧，第一吸能区1形成高强度区域，第二吸能区2形成普通强度区域。在用于新能源汽车骨架上时，第一吸能区1位于第二吸能区2的内侧(该内侧是指在新能源汽车的宽度方向上，第一吸能区1靠近驾驶舱，第二吸能区2远离驾驶舱，第一吸能区1位于驾驶舱和第二吸能区2之间)。这种由第一吸能区1和第二吸能区2形成的中空结构的铝合金型材重量轻，具有“2个区域”的铝合金部件能够吸收碰撞能量，吸能效果好，而且利于新能源汽车轻量化，较传统车身骨架零件成型省去了焊接工序，第一吸能区1和第二吸能区2之间的连接方式为冶金连接，连接质量好。本发明的铝合金型材是由两种不成分的铝合金复合铝锭挤压而成，第二吸能区2的强度稍弱，第二吸能区2用于碰撞吸能，因此第二吸能区2设置成靠近汽车外部，第一吸能区1的强度较强，第一吸能区1用于抵抗碰撞时的变形，因此第一吸能区1设置成靠近汽车内部。本发明的铝合金型材具有很好的防撞性能，在车身剧烈撞击时吸能效果良好，具有很好的缓冲性能。实现了车身骨架溃缩吸能的形态，有效的解决了现有车型多板材焊接误差、易产生异响、生成效率较低等问题。

作为优选的，第一材料为铝合金且为高强度铝合金，第一材料的化学成分重量百分比为：Mg 3.0～6.0％，Zn 0～0.25％，Cr 0～0.10％，Si 0.12～0.30％，Fe 0～0.35％，Mn 0.50～0.55％，其余为Al和不可避免的杂质元素。第二材料为铝合金且为普通强度铝合金，第二材料的化学成分重量百分比为：Mg 0.5～0.8％，B 0.05～0.10％，Sr 0.1～0.25％，Si 0.05～0.10％，其余为Al和不可避免的杂质元素。

如图1所示，第一吸能区1为U型结构，第一吸能区1包括依次连接的第一内吸能部101、第二内吸能部102和第三内吸能部103，第一内吸能部101和第三内吸能部103为相对设置且第一内吸能部101和第三内吸能部103与第二吸能区2连接。第一内吸能部101和第三内吸能部103相平行，第二内吸能部102与第一内吸能部101和第三内吸能部103为垂直连接。第二内吸能部102位于第一内吸能部101和第三内吸能部103之间，第二内吸能部102的一端与第一内吸能部101的一端固定连接，第二内吸能部102的另一端与第三内吸能部的一端固定连接，第一内吸能部101和第三内吸能部103朝向第二内吸能部102的同一侧伸出，第二内吸能部102并与第一内吸能部101和第三内吸能部103相垂直，第一内吸能部101的另一端与第二吸能区2连接，第三内吸能部103的另一端与第二吸能区2连接。这种横截面(第一吸能区1的横截面为与第一吸能区1的长度方向相垂直的截面)为U型结构的第一吸能区1，吸能效果好，易于提高与第二吸能区2之间的连接强度，确保连接质量够好。

如图1所示，第二吸能区2为U型结构，第二吸能区2包括依次连接的第一外吸能部201、第二外吸能部202和第三外吸能部203，第一外吸能部201和第三外吸能部203为相对设置且第一外吸能部201和第三外吸能部203与第一吸能区1连接。第一外吸能部201和第三外吸能部203相平行，第二外吸能部202与第一外吸能部201和第三外吸能部203为垂直连接。第二外吸能部202位于第一外吸能部201和第三外吸能部203之间，第二外吸能部202的一端与第一外吸能部201的一端固定连接，第二外吸能部202的另一端与第三外吸能部的一端固定连接，第一外吸能部201和第三外吸能部203朝向第二外吸能部202的同一侧伸出，第二外吸能部202并与第一外吸能部201和第三外吸能部203相垂直，第一外吸能部201的另一端与第一内吸能部101连接，第三外吸能部203的另一端与第三内吸能部103连接。第一内吸能部101、第二内吸能部102、第三内吸能部103、第一外吸能部201、第二外吸能部202和第三外吸能部203均为片状结构，第二外吸能部202和第二内吸能部102相平行，第一内吸能部101和第一外吸能部201处于与第二外吸能部202和第二内吸能部102的厚度方向相垂直的同一直线上，第三内吸能部103和第三外吸能部203处于与第二外吸能部202和第二内吸能部102的厚度方向相垂直的同一直线上。这种横截面(第二吸能区2的横截面为与第二吸能区2的长度方向相垂直的截面)为U型结构的第二吸能区2，吸能效果好，易于提高与第一吸能区1之间的连接强度，确保连接质量够好。

如图3和图4所示，本发明还提供了一种适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，凸模3、凹模4、顶针芯棒6和设置于凸模3的内部且与顶针芯棒6相对布置的模芯5，凸模3具有让第一材料通过的第一分流孔301和让第二材料通过的第二分流孔302，凹模4具有与第一分流孔301和第二分流孔302连通的焊合室7。第一分流孔301和第二分流孔302分布在模芯5的四周，模芯5设置在凸模3的内部中心处，第一分流孔301和第二分流孔302均分别设置多个且第一分流孔301和第二分流孔302的数量相同，第一分流孔301分布在模芯5的一侧，第二分流孔302分布在模芯5的另一侧，第一分流孔301和第二分流孔302的长度方向与模芯5的长度方向相平行。焊合室7为在凹模4内部设置的腔体，顶针芯棒6设置于凹模4的内部中心处，顶针芯棒6与模芯5为同轴设置，模芯5的面朝顶针芯棒6的一端为圆锥形结构，顶针芯棒6的面朝模芯5的一端为圆锥形结构，焊合室7位于顶针芯棒6和模芯5之间，焊合室7为十字交叉状，焊合室7与第一分流孔301和第二分流孔302处于连通状态，第一分流孔301将第一材料引导至焊合室7中，第二分流孔302将第二材料引导至焊合室7中，各股料流在焊合室7内进行冶金焊合后由模孔挤出得到本发明的新能源汽车骨架用铝合金型材。

本发明的挤压模具还包括对凸模3和凹模4进行限位的定位销和对凸模3和凹模4进行固定连接的螺栓。

在本实施例中，第一分流孔301的数量为两个，第二分流孔302的数量为两个。

如图3和图4所示，使用本发明的挤压模具生产铝合金型材时，铝锭在压力作用下被凸模3分成数股料流，料流经第一分流孔301和第二分流孔302流向焊合室7，然后在焊合室7中发生冶金焊合，经模孔挤出成型得到的空心的铝合金型材。由于两种铝合金成分的挤压，使得同一产品上出现两个不同的强度性能，实现了新能源汽车的轻量化材料与结构的功能优化。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，包括凸模、凹模和顶针芯棒，新能源汽车骨架用铝合金型材包括采用第一材料制成的第一吸能区和采用不同于第一材料的第二材料制成的第二吸能区，第一吸能区和第二吸能区相连接且为相对设置；其特征在于：挤压模具还包括设置于所述凸模的内部且与所述顶针芯棒相对布置的模芯，凸模具有让第一材料通过的第一分流孔和让第二材料通过的第二分流孔，所述凹模具有与第一分流孔和第二分流孔连通的焊合室。

2.根据权利要求1所述的适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，其特征在于：所述第一吸能区的强度大于所述第二吸能区的强度。

3.根据权利要求1所述的适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，其特征在于：所述第一材料的化学成分重量百分比为：Mg 3.0～6.0%，Zn 0～0.25%，Cr 0～0.10%，Si0.12～0.30%，Fe 0～0.35%，Mn 0.50～0.55%，其余为Al和不可避免的杂质元素。

4.根据权利要求3所述的适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，其特征在于：所述第二材料的化学成分重量百分比为：Mg 0.5～0.8%，B 0.05～0.10%，Sr 0.1～0.25%，Si 0.05～0.10%，其余为Al和不可避免的杂质元素。

5.根据权利要求1至4任一所述的适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，其特征在于：所述第一吸能区和所述第二吸能区均为U型结构。

6.根据权利要求5所述的适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，其特征在于：所述第一吸能区包括依次连接的第一内吸能部、第二内吸能部和第三内吸能部，第一内吸能部和第三内吸能部为相对设置且第一内吸能部和第三内吸能部与所述第二吸能区连接。

7.根据权利要求6所述的适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，其特征在于：所述第一内吸能部和所述第三内吸能部相平行，所述第二内吸能部与第一内吸能部和第三内吸能部为垂直连接。

8.根据权利要求5所述的适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，其特征在于：所述第二吸能区包括依次连接的第一外吸能部、第二外吸能部和第三外吸能部，第一外吸能部和第三外吸能部为相对设置且第一外吸能部和第三外吸能部与所述第一吸能区连接。

9.根据权利要求8所述的适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，其特征在于：所述第一外吸能部和所述第三外吸能部相平行，所述第二外吸能部与第一外吸能部和第三外吸能部为垂直连接。

10.根据权利要求1至4任一所述的适于新能源汽车骨架用铝合金型材的挤压模具，其特征在于：所述第一分流孔和第二分流孔分布在模芯的四周，模芯设置在凸模的内部中心处，第一分流孔和第二分流孔均分别设置多个且第一分流孔和第二分流孔的数量相同，第一分流孔和第二分流孔的长度方向与模芯的长度方向相平行。

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