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有刪減，如需全文，請(qǐng)購(gòu)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(jìn)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(dá)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(qiáng)度、耐腐蝕性、適合多種成形方法、較易再利用等優(yōu)點(diǎn)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(wú)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(wú)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(bǔ)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(diǎn)，通過(guò)AutoForm軟件在拉深深度最淺和對(duì)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(guò)軟件的快速建模獲得壓料面和工藝補(bǔ)充。由于鋁板延伸率較低，一般為25%，且塑性流動(dòng)性差，壓邊圈應(yīng)盡量光順，避免曲率變化大，工藝補(bǔ)充各個(gè)參數(shù)都要大于鋼板材質(zhì)，圖2所示為工藝補(bǔ)充參數(shù)設(shè)置。
根據(jù)上述分析確定最佳的工藝補(bǔ)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(jìn)行CAE分析，經(jīng)過(guò)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(píng)測(cè) 拉深筋作為控制板料流動(dòng)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(duì)應(yīng)板料長(zhǎng)寬為1350mm×850mm。經(jīng)分析并進(jìn)行結(jié)果評(píng)測(cè)，F(xiàn)LD（成形極限）通過(guò)，如圖4（a）所示；減薄率超過(guò)0.03且均勻，說(shuō)明成形充分，如圖4（b）所示；主應(yīng)變中間區(qū)域未超過(guò)0.03，局部剛性存在問(wèn)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(jìn)行工藝和模具設(shè)計(jì)。
（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(duì)零件回彈影響較小。回彈的主要原因是主應(yīng)變不均勻和塑性變形不充分，為了后期指導(dǎo)調(diào)試進(jìn)行回彈驗(yàn)證，通過(guò)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(shí)的回彈。根據(jù)以上拉深分析，修邊后進(jìn)行回彈分析，修邊后回彈結(jié)果顯示零件中間數(shù)值為負(fù)，如圖5（a）所示。經(jīng)過(guò)對(duì)比，顯示中間結(jié)果為塌陷，如圖5（b）所示。由于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)零件為樣規(guī)弧板檢測(cè)，即通過(guò)零件斷面線加工一個(gè)斷面樣板，通過(guò)斷面樣板與沖壓件的形狀進(jìn)行貼合對(duì)比，回彈數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)疊加效應(yīng)，即上下回彈之和為總回彈。根據(jù)對(duì)比結(jié)果，零件中間位置回彈最大約5mm。經(jīng)過(guò)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(wú)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(diǎn)，只能通過(guò)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(guò)對(duì)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(guò)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(guò)減小成形的充分性，盡量減小鋁板的塑性變形，對(duì)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(shí)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(shí)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(duì)虛擬拉深筋和流入量繼續(xù)調(diào)整，經(jīng)過(guò)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(shí)相比，板料流入量長(zhǎng)度方向多流入了約10mm，此時(shí)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(huì)減小回彈，反而會(huì)加大回彈量。
根據(jù)上述結(jié)果，對(duì)工藝型面進(jìn)行處理，如圖8所示，通過(guò)灰色框?yàn)檫吔?，?duì)中間點(diǎn)做1mm的隆起處理，并通過(guò)白色線對(duì)2個(gè)斷面進(jìn)行弧度處理。后期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試盡量提高研合率，通過(guò)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(shí)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(chǎng)各階段回彈測(cè)量數(shù)值 模具進(jìn)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(dǎo)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(guò)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(bǔ)償處理，通過(guò)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(cè)，零件回彈減小到0.5mm左右，如圖9（c）所示。通過(guò)最終的模具研合率，成形的零件順利通過(guò)驗(yàn)收。▍ ▍原文作者：陳會(huì)會(huì)，夏迎飛，夏成飛 |
