鋁合金材料在車門沖壓成形工藝優化研究

張支亮

（安徽長安專用汽車制造有限公司，安徽 六安237000）

隨著現代社會經濟的飛速發展，人們對生存環境污染問題的重視程度也在不斷加深。為了有效遏制周圍環境污染情況進一步惡化，國內各行業對環境污染的定義和程度標準也在不斷更新。無論國家之間還是國內各行業之間，均出臺了各類有關環境保護的規章制度，用于環境治理保護。人們環保意識和健康意識的提高，對于汽車尾氣排放量標準的劃分也在不斷上升。但是隨著現代汽車量的持續上升，當前汽車尾氣排放標準的變更，無疑會給汽車開發和制造行業提供更大壓力。在當前背景下，輕量型的環保汽車勢必成為未來汽車發展和制造的主流。

現代汽車制造中，汽車車身質量大約占汽車總質量的50%左右。而超過70%的汽車油耗來自于汽車車身質量。所以想要有效降低汽車尾氣排放量，可以從汽車車身質量入手，降低車身質量。鋁合金材料因為其自身獨有的輕質量、高強度逐漸成為汽車制造的新興材料、現在許多汽車制造廠商均會適用這種非鋼材料，作為汽車重要制造材料進行車身減重，其中以汽車車門為主要應用區域，所以針對鋁合金材料，對車門沖壓成型工藝進行優化，是具有現實意義的[1]。

1 車門拉纖工藝優化

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

這種拉纖方式需要對金屬性進行整體把控，而且因為拉抻過程會對模具產生一定壓力，所以很容易造成磨具磨損，有可能產生工件誤差。尤其是現代汽車開始應用鋁合金材料后，傳統拉抻模具更容易造成工件損傷。對此，重新設計工件磨具，圖1為平板圓形筒件。

圖1 圓形筒件模具示意圖

根據圖1可以看出，新的拉抻模具可以直接觀測拉抻口，在拉抻過程中可以直接對鋁合金工件拉抻厚壁和毛坯材料進行比較，所處新型的拉抻模具最大的優勢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調節凹凸模具之間的空隙進行實現，當間隙小于毛坯件厚度時，空心鋁合金金屬毛坯會形成側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化

現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方面：

2.1 鋁合金材料特性的影響

因為鋁合金材料具有鮮明的立體結構，并且在車門沖壓成型操作過程中，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m值，從而可以對鋁合金材料成形性等進行改善[3]。

2.2 模具壓力邊的影響

利用優化圓角模具，可以大大的改變鋁合金表面的應變力，在進行鋁合金車門受力拉深過程中，通過表面拉深力的作用，很容易發生塑形形變。

通過對車門常用的5754和6111型鋁合金材料，進行拉深測試，結果發現優化的圓形模具使車門表面半徑下降至少6mm，而且在拉抻過程中，模具自身對車門拉伸力的影響都比較小，車門表面成型時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，壓力邊是整個工藝最重要的核心考量參數之一，它對鋁合金材料車門成型過程中的金屬流動和形變量對應數值的綜合分布可以起到直接控制作用。

因為在鋁合金材料成型過程中，一旦車門沖壓形成的褶皺無法適應優化模具，就可以通過安裝合適的壓邊進行直接設置。現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上外設的動態滑塊進行車門壓邊。在實際車門壓深過程中，車門四周受到的壓邊力處于恒定狀態，整體拉深效果更好。

從壓邊實際操作上來看，在車門拉深過程中對進行適當的壓邊力和沖壓控制可以有效調節沖壓車門，從而直接控制車門成品質量。

對于鋁合金材料車門沖壓成型壓邊力優化技術的研究，是當今材料板材研究的重點，鋁合金車本的邊壓力，在鋁合金板材車門沖壓力形成的過程中有著非常重要的作用[5]。

3.2 破裂臨界壓邊力

在對鋁合金材料進行車門沖壓成型，釋放拉深力過程中，鋁合金板材內部較為薄弱的中心區域大多為金屬筒壁與車門凸模型的接觸面。如果在車門沖壓過程中，拉深力超過了鋁合金最薄區域所能達到的最大應受力，整個車門的鋁合金材料就會因為拉力過大而報廢。所以可以通過POER-LE軟件，提交對鋁合金車門胚件進行整體測評，劃分交界面區域，對其最大受力性進行參數測評。獲取參數后，對拉抻力進行綜合優化，保證整體受力均勻，防止因為拉抻力過大導致的胚件損壞。

4 結語

綜合來看針對現階段我國汽車行業來說，鋁合金材料的應用技術和應用范圍仍然還處在借鑒、研究的過程。目前我國雖然已經成為世界第五大汽車生產國和第七大汽車出口國，但是我國應用鋁合金材料的汽車總量占總生產量比例不超過15%，所以未來必須在充分了解鋁合金沖壓性的基礎上，從模具的制造、拉抻力的分布以及壓力邊等多個方面，繼續對鋁合金的應用進行更深層優化。

[1]呂萌萌,谷諍巍,徐虹,等.超高強度防撞梁熱沖壓成形工藝優化[J].吉林大學學報(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化[J].鍛壓技術,2016(2):35-38.

[3]董嬌,楊印安.基于穩健設計的沖壓成形工藝參數多目標優化[J].模具工業,2017,43(9):22-26.

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

[5]周杰,羅艷,王?,等.基于響應面的封頭沖壓成形工