在汽车工业中，铝合金型材主要用于汽车保险杠等安全部件，而最引人关注的是铝型材空间框架车身结构。2017年的奥迪A8－D5的铝型材占比在5％左右，主要是前纵梁；2010年的奥迪A8－D4的铝挤出用量18．5％，共30个零件，主要是前后纵梁、门槛梁、座椅横梁等零件。更有甚者，海德路预测未来车身用铝零部件，如图1所示，可以看出多数是弯曲或者液压铝型材。

图1 铝型材在汽车车身上的应用预测

铝型材的成形

前面我们介绍过铝合金的挤压工艺基础，铝型材就是铝棒通过热熔、挤压，从而得到不同截面形状的铝材。（挤压Extrude工艺生产的产品包括管、棒、型、线，但汽车上常用的是型材Profile）

铝型材通过挤压，切断之后得到统一断面的直线型型材。如图2中Model 3的门槛内板的加强梁。

图2 Model 3使用铝型材增强车身门槛

由于造型和配合等原因，直接采用挤出型材切断的案例较少，更多的是将挤出后的型材经过弯曲成形的工艺，制作成二维或三维的弯曲零件。如爱驰U5汽车前端使用的铝型材弯曲件。

图3 爱驰U5前舱使用的铝型材管件

那么，这些铝型材的弯曲零件又是如何制造出来的呢？目前，可实现此工艺的方法有两大类，一种是液压成形，另一种即是滚弯成形。液压成形精度较高，并且截面可设计成变化的；滚弯成形会受到铝型材材料波动的影响，精度较液压成形低，废品率较高。两种弯管制作工艺的对比如图4所示。

图4 铝型材弯管工艺对比

传统的弯曲成形工业有很多种，按照成形方式可以分为两大类。第一类是铝型材的弯曲形状由模具所决定，如拉弯、绕弯、压弯等；第二类是型材通过工件与模具之间的相对运动进行弯曲成形，如滚弯，自由弯曲，柔性弯曲等。（上交大－白梅杉）

拉弯成形

拉弯成形，顾名思义就是将零件的两端夹紧并拉伸，使零件沿着模具位置拉伸成形的一个过程。拉弯模具相对工作台面固定不动，拉弯机两侧的转臂旋转，从而带着型材靠模来完成型材的拉弯成形。两个转臂上装有拉伸油缸，由油缸带动拉杆进行旋转。模具固定在工作台面上。

拉弯成形可以分为3个步骤：

第一步，设备拉伸缸钳口夹住材料并给型材施加预拉伸力，达到材料屈服强度。

第二步，拉弯机回转缸加载弯曲回转，拉伸缸按照程序设定轴向拉力，使型材围绕拉弯模具做贴合运动而使材料成形。

第三步，根据材料变形回弹情况增加补拉伸。

图5 拉弯成形示意图

拉弯可实现多弧度变曲率的型材成形，并在成形过程中消除一定的应力。但拉弯成形的模具通用性较差，模具投入较大。

压弯成形

压弯成形是利用液压压力机对材料施加压力，通过压弯模具对材料产生弯矩，使材料发生弯曲形成一定的角度和曲率，属于一种特殊的冲压成形工艺。压弯成形的结构原理图如图6所示。

图6 压弯成形示意图

对于弯曲半径较小、曲率变化较集中的零件，多采用压弯成形。

绕弯成形

绕弯成形的工作原理是用夹头夹持型材的一端，侧压轮将型材压靠在绕弯模上，工作时绕弯模旋转，固定在绕弯模上的夹头带动型材一起转动，从而将型材弯曲成所需的形状。绕弯工艺的原理如图7所示。

图7 绕弯成形示意图

绕弯成形对零件的长度有一定要求，过长或过短的零件都无法用该工艺来实现。

滚弯成形

滚弯又可写为辊弯，是一种通过将型材牵引至成形辊之间，通过多组弯辊的作用，形成最终的弯曲零件的工艺。以三辊弯曲为例，首先将型材放置在弯辊之间，靠中心的弯辊向下移动或侧辊向上移动，以使零件成形。然后三个辊轮发生转动，产生摩擦。最后辊轮带动型材运动，滚弯成形的原理如图8所示。

图8 滚弯成形示意图

滚弯成形的通用性好，且无需制造相应形状的模具，性价比较高，适合生产大批量单一弧度工件或小批量多弧段的零件。对于多圆弧工件，数控辊弯机可以实现工件的多弧度弯形要求，但由于铝型材本身材料硬度的差异，加之工件多弧度每个弧段变形程度不同，反弹不均，生产时工件形状一致性不好，需要后期人工校形。

液压成形

液压成形（hydro forming）是指利用液体或模具使工件成形的一种塑形加工技术，也称液力成形。仅需要凹模或凸模，液体介质相应地作为凸模或凹模，省去一般模具费用和加工时间，而且液体作为凸模可以成形很多刚性模具无法成形的复杂零件。图9为液压成形铝型材的大致生产流程示意。

图9  液压成形铝型材生产流程示意图

目前，液压成形工艺已经可以实现超高强钢的成形，对于铝合金这种低强度合金来说，当然不在话下。通过液压成形工艺制造的铝型材零件，精度高生产效率高。图10所示的CT6前端管件就是采用液压成形的工艺，上文所说的爱驰U5也是采用此工艺以保证如此长度零件的精度。

图10  CT6铝型材零件

总结

铝型材在汽车上的应用越来越广泛，既因为铝型材在碰撞中的吸能特性、轻量化方面有巨大优势，更是因为铝型材的可塑性强，生产性好。国内几款微型车大量采用铝型材来制造车身，已证明了铝型材在汽车工业的表现，但采用的零件大多为等截面的型材，并没有发挥材料的最大局限。

本文对铝型材的几种弯曲方法做了简单的介绍，就目前而言，滚弯、压弯等工艺在精度控制，生产节拍的控制上还是不如液压成形。但液压成形因为模具的通用性等问题，成本较高，更为重要的是，目前该工艺的主要技术还掌握在外国人手里！你我都将为之奋斗，为我汽车工业的发展贡献一份力量。

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