|
有刪減，如需全文，請購雜志或前往知網(wǎng)下載 作為汽車輕量化的重要途徑，鋁合金板料在汽車覆蓋件上的應(yīng)用是促進汽車輕量化的重要手段之一。研究表明，汽車每使用1kg鋁，可減輕自身質(zhì)量2.25kg，減重效應(yīng)高達125%，汽車質(zhì)量每下降10%，燃料效率可提高6%~8%。采用鋁合金板料代替鋼板材料，可使車身質(zhì)量減輕30%~40%，承受同樣沖擊載荷，鋁板比鋼板多吸收沖擊能50%。鋁合金板料因具有高強度、耐腐蝕性、適合多種成形方法、較易再利用等優(yōu)點替代鋼板材料。 由于微觀結(jié)構(gòu)差異，汽車用鋁合金板的成形性能與汽車鋼板相比有較大的差異，傳統(tǒng)鋼板的成形理論和技術(shù)無法直接套用在鋁板上。鋁板的彈性模量是鋼板的1/3，因此鋁板成形的回彈量約是鋼板的3倍，無論從成形性還是從回彈角度分析，鋁板成形都有別于傳統(tǒng)的鋼板成形。 1零件沖壓工藝分析 
圖1 側(cè)門外板及斷面結(jié)構(gòu)
側(cè)門外板作為車身重要的外覆蓋件，其成形質(zhì)量直接影響整車的外觀質(zhì)量和品質(zhì)。圖1所示為某車型的側(cè)門外板，外形尺寸為1152mm×685mm×1.5mm，材質(zhì)為鋁板5251_O。 
圖2 工藝補充參數(shù)設(shè)置
零件沖壓工藝為：拉深、修邊、翻邊。依據(jù)零件形狀特點，通過AutoForm軟件在拉深深度最淺和對稱均衡觸料以及最大接觸面的原則上確定沖壓方向，并通過軟件的快速建模獲得壓料面和工藝補充。由于鋁板延伸率較低，一般為25%，且塑性流動性差，壓邊圈應(yīng)盡量光順，避免曲率變化大，工藝補充各個參數(shù)都要大于鋼板材質(zhì)，圖2所示為工藝補充參數(shù)設(shè)置。
根據(jù)上述分析確定最佳的工藝補充類型以及沖壓方向，如圖3所示，并生成凸模、壓邊圈以及凹模，選擇材料參數(shù)，確定沖壓壓邊力為1200kN，摩擦系數(shù)為0.14，進行CAE分析，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整拉深筋參數(shù)，最終確定板料大小。
（a）成形極限
（b）減薄率
（c）主應(yīng)變
（d）次應(yīng)變
圖4 拉深分析結(jié)果評測 拉深筋作為控制板料流動速度的主要因素，為有利于分析并快速調(diào)整，前期分析拉深筋采用虛擬拉深筋，最終確定虛擬拉深筋阻料系數(shù)為0.75，對應(yīng)板料長寬為1350mm×850mm。經(jīng)分析并進行結(jié)果評測，F(xiàn)LD（成形極限）通過，如圖4（a）所示；減薄率超過0.03且均勻，說明成形充分，如圖4（b）所示；主應(yīng)變中間區(qū)域未超過0.03，局部剛性存在問題，如圖4（c）所示；次應(yīng)變均為正值，如圖4（d）所示，棱線滑移均超出圓角，可以根據(jù)此分析進行工藝和模具設(shè)計。
（a）修邊后回彈
（b）中間塌陷結(jié)果
圖5 修邊后回彈及中間塌陷結(jié)果 由于零件型面比較平緩，且翻邊均為直線翻邊，不存在因弧度翻邊造成的多料或少料的情況，因此翻邊對零件回彈影響較小?；貜椀闹饕蚴侵鲬?yīng)變不均勻和塑性變形不充分，為了后期指導調(diào)試進行回彈驗證，通過分析修邊后的回彈，找出影響零件回彈的因素，以便更好地減小零件成形時的回彈。根據(jù)以上拉深分析，修邊后進行回彈分析，修邊后回彈結(jié)果顯示零件中間數(shù)值為負，如圖5（a）所示。經(jīng)過對比，顯示中間結(jié)果為塌陷，如圖5（b）所示。由于現(xiàn)場檢測零件為樣規(guī)弧板檢測，即通過零件斷面線加工一個斷面樣板，通過斷面樣板與沖壓件的形狀進行貼合對比，回彈數(shù)據(jù)會出現(xiàn)疊加效應(yīng)，即上下回彈之和為總回彈。根據(jù)對比結(jié)果，零件中間位置回彈最大約5mm。經(jīng)過分析，引起此回彈和塌陷的因素為主應(yīng)變應(yīng)變不充分及分布不均勻?qū)е碌?。由于材質(zhì)為鋁板，延展性較鋼板差，繼續(xù)拉深無法加大主應(yīng)變解決此回彈，鑒于鋁板塑性變形越小回彈越小的特點，只能通過減小零件的成形充分性，使應(yīng)變盡量均勻，減小回彈。
（a）增大板料流入量的回彈
（b）中間塌陷結(jié)果
圖6 增大板料流入量的回彈及中間塌陷結(jié)果 通過對虛擬拉深筋阻料系數(shù)由0.75更改為0.65，加大板料的流入量，減小鋁板零件的塑性變形充分性，并降低應(yīng)變值，經(jīng)過回彈分析，發(fā)現(xiàn)總回彈值有所下降，零件中間位置最大回彈量約2.06mm，如圖6所示。證明通過減小成形的充分性，盡量減小鋁板的塑性變形，對回彈的減小有明顯的效果。
（a）虛擬拉深筋阻料系數(shù)0.5時的回彈
（b）中間塌陷結(jié)果
圖7 虛擬拉深筋阻料系數(shù)0.5時的回彈及中間塌陷結(jié)果 為了得到更小的回彈邊界條件，對虛擬拉深筋和流入量繼續(xù)調(diào)整，經(jīng)過反復(fù)分析，最終得出虛擬拉深筋阻料系數(shù)為0.5，與虛擬拉深筋阻料系數(shù)為0.75時相比，板料流入量長度方向多流入了約10mm，此時中間最大回彈量已經(jīng)減低到1.3mm，如圖7所示，若繼續(xù)增大板料流入量，不但不會減小回彈，反而會加大回彈量。
根據(jù)上述結(jié)果，對工藝型面進行處理，如圖8所示，通過灰色框為邊界，對中間點做1mm的隆起處理，并通過白色線對2個斷面進行弧度處理。后期現(xiàn)場調(diào)試盡量提高研合率，通過型面處理和板料的厚向形變硬化以減小回彈。
（a）研合率不足時成形零件狀態(tài)
（b）流入量與分析結(jié)果一致的成形零件狀態(tài)
（c）重新加工型面回彈處理零件狀態(tài)
圖9 現(xiàn)場各階段回彈測量數(shù)值 模具進入調(diào)試階段后，最初由于表面粗糙度值偏高和研合貼合率不足60%，導致板料流入量較小，零件塌陷回彈較大，最大處約6.5mm，如圖9（a）所示，通過調(diào)試減小拉深筋尺寸和壓邊力，使板料流入與分析結(jié)果一致后，零件回彈減小到2.5mm左右，如圖9（b）所示。經(jīng)工藝型面回彈補償處理，通過降低模具閉合高度的方式重新加工模具零件型面，調(diào)試檢測，零件回彈減小到0.5mm左右，如圖9（c）所示。通過最終的模具研合率，成形的零件順利通過驗收。▍
|
