鋁合金材料在車門沖壓成形工藝優(yōu)化研究

張支亮

（安徽長(zhǎng)安專用汽車制造有限公司，安徽 六安237000）

隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)生存環(huán)境污染問(wèn)題的重視程度也在不斷加深。為了有效遏制周圍環(huán)境污染情況進(jìn)一步惡化，國(guó)內(nèi)各行業(yè)對(duì)環(huán)境污染的定義和程度標(biāo)準(zhǔn)也在不斷更新。無(wú)論國(guó)家之間還是國(guó)內(nèi)各行業(yè)之間，均出臺(tái)了各類有關(guān)環(huán)境保護(hù)的規(guī)章制度，用于環(huán)境治理保護(hù)。人們環(huán)保意識(shí)和健康意識(shí)的提高，對(duì)于汽車尾氣排放量標(biāo)準(zhǔn)的劃分也在不斷上升。但是隨著現(xiàn)代汽車量的持續(xù)上升，當(dāng)前汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的變更，無(wú)疑會(huì)給汽車開(kāi)發(fā)和制造行業(yè)提供更大壓力。在當(dāng)前背景下，輕量型的環(huán)保汽車勢(shì)必成為未來(lái)汽車發(fā)展和制造的主流。

現(xiàn)代汽車制造中，汽車車身質(zhì)量大約占汽車總質(zhì)量的50%左右。而超過(guò)70%的汽車油耗來(lái)自于汽車車身質(zhì)量。所以想要有效降低汽車尾氣排放量，可以從汽車車身質(zhì)量入手，降低車身質(zhì)量。鋁合金材料因?yàn)槠渥陨愍?dú)有的輕質(zhì)量、高強(qiáng)度逐漸成為汽車制造的新興材料、現(xiàn)在許多汽車制造廠商均會(huì)適用這種非鋼材料，作為汽車重要制造材料進(jìn)行車身減重，其中以汽車車門為主要應(yīng)用區(qū)域，所以針對(duì)鋁合金材料，對(duì)車門沖壓成型工藝進(jìn)行優(yōu)化，是具有現(xiàn)實(shí)意義的[1]。

1 車門拉纖工藝優(yōu)化

在車門沖壓成型工藝中，拉纖工藝也被稱為拉伸工藝，是汽車行業(yè)車門沖壓成型的重要工藝之一。傳統(tǒng)鋁合金車門沖壓工藝主要是利用拉伸模具對(duì)金屬車門材料進(jìn)行磨具沖壓，形成各類車門或工件半成品。

這種拉纖方式需要對(duì)金屬性進(jìn)行整體把控，而且因?yàn)槔舆^(guò)程會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生一定壓力，所以很容易造成磨具磨損，有可能產(chǎn)生工件誤差。尤其是現(xiàn)代汽車開(kāi)始應(yīng)用鋁合金材料后，傳統(tǒng)拉抻模具更容易造成工件損傷。對(duì)此，重新設(shè)計(jì)工件磨具，圖1為平板圓形筒件。

圖1 圓形筒件模具示意圖

根據(jù)圖1可以看出，新的拉抻模具可以直接觀測(cè)拉抻口，在拉抻過(guò)程中可以直接對(duì)鋁合金工件拉抻厚壁和毛坯材料進(jìn)行比較，所處新型的拉抻模具最大的優(yōu)勢(shì)在于可以直接控制鋁合金沖壓車門工件的薄厚度，并可以自主選擇變薄拉抻和不變拉抻。其中變薄拉伸主要是通過(guò)調(diào)節(jié)凹凸模具之間的空隙進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，當(dāng)間隙小于毛坯件厚度時(shí)，空心鋁合金金屬毛坯會(huì)形成側(cè)壁較小的毛坯厚度沖壓工件[2]。

2 鋁合金板材影響因素分析及優(yōu)化

現(xiàn)階段汽車車門沖壓工作中，鋁合金板材沖壓影響因素主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 鋁合金材料特性的影響

因?yàn)殇X合金材料具有鮮明的立體結(jié)構(gòu)，并且在車門沖壓成型操作過(guò)程中，在車門鋁合金半成件溫度升高的條件下可以大幅度提升鋁合金敏感度系數(shù)m值，從而可以對(duì)鋁合金材料成形性等進(jìn)行改善[3]。

2.2 模具壓力邊的影響

利用優(yōu)化圓角模具，可以大大的改變鋁合金表面的應(yīng)變力，在進(jìn)行鋁合金車門受力拉深過(guò)程中，通過(guò)表面拉深力的作用，很容易發(fā)生塑形形變。

通過(guò)對(duì)車門常用的5754和6111型鋁合金材料，進(jìn)行拉深測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的圓形模具使車門表面半徑下降至少6mm，而且在拉抻過(guò)程中，模具自身對(duì)車門拉伸力的影響都比較小，車門表面成型時(shí)受到的拉伸力整體下降比較平緩[4]。

3 車門壓力邊加載模式優(yōu)化

3.1 恒定壓力邊加載模式

在車門沖壓成型工藝中，壓力邊是整個(gè)工藝最重要的核心考量參數(shù)之一，它對(duì)鋁合金材料車門成型過(guò)程中的金屬流動(dòng)和形變量對(duì)應(yīng)數(shù)值的綜合分布可以起到直接控制作用。

因?yàn)樵阡X合金材料成型過(guò)程中，一旦車門沖壓形成的褶皺無(wú)法適應(yīng)優(yōu)化模具，就可以通過(guò)安裝合適的壓邊進(jìn)行直接設(shè)置。現(xiàn)階段在鋁合金材料的車門沖壓中， 常用到的車門壓邊裝置大多以剛性壓邊為主。

所謂剛性壓邊主要是指利用車門壓力機(jī)上外設(shè)的動(dòng)態(tài)滑塊進(jìn)行車門壓邊。在實(shí)際車門壓深過(guò)程中，車門四周受到的壓邊力處于恒定狀態(tài)，整體拉深效果更好。

從壓邊實(shí)際操作上來(lái)看，在車門拉深過(guò)程中對(duì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲哼吜蜎_壓控制可以有效調(diào)節(jié)沖壓車門，從而直接控制車門成品質(zhì)量。

對(duì)于鋁合金材料車門沖壓成型壓邊力優(yōu)化技術(shù)的研究，是當(dāng)今材料板材研究的重點(diǎn)，鋁合金車本的邊壓力，在鋁合金板材車門沖壓力形成的過(guò)程中有著非常重要的作用[5]。

3.2 破裂臨界壓邊力

在對(duì)鋁合金材料進(jìn)行車門沖壓成型，釋放拉深力過(guò)程中，鋁合金板材內(nèi)部較為薄弱的中心區(qū)域大多為金屬筒壁與車門凸模型的接觸面。如果在車門沖壓過(guò)程中，拉深力超過(guò)了鋁合金最薄區(qū)域所能達(dá)到的最大應(yīng)受力，整個(gè)車門的鋁合金材料就會(huì)因?yàn)槔^(guò)大而報(bào)廢。所以可以通過(guò)POER-LE軟件，提交對(duì)鋁合金車門胚件進(jìn)行整體測(cè)評(píng)，劃分交界面區(qū)域，對(duì)其最大受力性進(jìn)行參數(shù)測(cè)評(píng)。獲取參數(shù)后，對(duì)拉抻力進(jìn)行綜合優(yōu)化，保證整體受力均勻，防止因?yàn)槔恿^(guò)大導(dǎo)致的胚件損壞。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合來(lái)看針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)，鋁合金材料的應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用范圍仍然還處在借鑒、研究的過(guò)程。目前我國(guó)雖然已經(jīng)成為世界第五大汽車生產(chǎn)國(guó)和第七大汽車出口國(guó)，但是我國(guó)應(yīng)用鋁合金材料的汽車總量占總生產(chǎn)量比例不超過(guò)15%，所以未來(lái)必須在充分了解鋁合金沖壓性的基礎(chǔ)上，從模具的制造、拉抻力的分布以及壓力邊等多個(gè)方面，繼續(xù)對(duì)鋁合金的應(yīng)用進(jìn)行更深層優(yōu)化。

[1]呂萌萌,谷諍巍,徐虹,等.超高強(qiáng)度防撞梁熱沖壓成形工藝優(yōu)化[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工),2017,47(6):1834-1841.

[2]肖紅波,蔡浩華.汽車前翼子板沖壓成形工藝優(yōu)化[J].鍛壓技術(shù),2016(2):35-38.

[3]董嬌,楊印安.基于穩(wěn)健設(shè)計(jì)的沖壓成形工藝參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化[J].模具工業(yè),2017,43(9):22-26.

[4]周均,王勇.基于Autoform軟件的沖壓成形工藝參數(shù)優(yōu)化[J].兵器材料科學(xué)與工程,2017(1):73-76.

[5]周杰,羅艷,王?,等.基于響應(yīng)面的封頭沖壓成形工