基于Autoform鋁合金車門外板溫熱沖壓成形數值模擬研究

胡仕成 張繼靈

摘 要：在室溫條件下，鋁合金的成形性較差，而在溫熱條件下將改善成形質量，本文將采用有限元軟件AutoForm對7075鋁合金車門外板溫熱成形過程進行數值模擬，以最大減薄率和最大起皺評判值為評判標準，成形溫度在300℃時，探究壓邊力、沖壓速度、摩擦系數、模具間隙等因素對成型質量的影響，采用正交試驗優化，得到溫熱成形最優工藝參數，零件的最大減薄率為22.3%，最大起皺評判值為1.6%。

關鍵詞：車門外板;鋁合金;數值模擬;溫熱成形

引言

近年來，汽車工業得到飛速發展，日前已經成為我國經濟發展的支柱型產業。車門是汽車的主要零部件之一。車門外板屬于板料成形中工藝復雜、成形難的薄板件[1]，車門外板沖壓成形過程容易出現拉裂、起皺等質量問題，因此需要控制車門外板減薄率和起皺率[2]。

隨著全球能源危機問題以及環境污染問題的日益嚴重，汽車的輕量化研究逐漸成為熱點問題，汽車輕量化能夠有效節約油耗和減少排量，鋁及鋁合金是當今社會汽車輕量化的首選材料[3]，7000系鋁合金在室溫狀態下延伸率較低，成形性相對較差，在沖壓過程中會出現破裂、起皺等缺陷[4，5]， 適當提高成形溫度，可以改善鋁合金的成形性能，本文將研究成形溫度在300℃時，得到壓邊力、沖壓速度、摩擦系數、模具間隙最優參數組合。

1模擬分析

1.1車門外板結構特征

使用UG 建立汽車車門外板的幾何模型如圖1.1所示，零件外形尺寸為 1090mm×610mm，材料厚1mm。與其他汽車覆蓋件相比，車門外板厚度較薄，車門外板的形狀由多個曲面組成，結構較復雜、外觀要求高、空間的輪廓尺寸較大、結構不規則且沒有對稱性，因此車門外板成型工藝的設計、模具設計制造等方面難度都比較大。車門外板外觀要求較高，需要控制其開裂、回彈、起皺等缺陷。

1.2有限元模型

在UG中完成車門外板三維模型的建立并將其導入到 AutoForm 中，建立拉延工序仿真模型，在 AutoForm 中選擇合適的沖壓方向，添加隨形的壓料面和合適的工藝補償，本文將在成形溫度處于300℃時，探究壓邊力、沖壓速度、摩擦系數、模具間隙等因素對成型質量的影響，因此需要設置溫度為300℃，并依次設置壓邊力、沖壓速度、摩擦系數、模具間隙等工藝參數，劃分網格后，有限元模型如圖1.2所示

1.3材料模型

材料采用7075鋁合金，厚度選用 1mm，不同溫度下該類合金的塑性階段真應力-真應變曲線如圖1.3所示，具體力學參數如下表 1.1 所示。將參數導入到AutoForm 中完成材料模型的建立。

2模擬成形結果

成形溫度為 300℃時，通過對壓邊力、沖壓速度、摩擦系數、模具間隙等參數設計正交試驗進行優化，得到溫熱成形最優工藝參數為：壓邊力1000KN、沖壓速度為2000mm/s、摩擦系數為1.5，模具間隙1.1mm，溫度為 300℃時最優工藝參數數值模擬結果如圖2.1、2.2所示，板料最大減薄率為22.3%，最大起皺評判值為1.6%。

3結論

本文利用 AutoForm 軟件進行沖壓分析模擬，研究車門外板在300℃成形時，通過對壓邊力、沖壓速度、摩擦系數、模具間隙等參數設計正交試驗進行優化，得到溫熱成形最優工藝參數為：壓邊力1000KN、沖壓速度為2000mm/s、摩擦系數為1.5，模具間隙1.1mm，此時最優工藝參數數值模擬結果：最大減薄率為22.3%，最大起皺評判值為1.6%，符合成形質量要求，解決了7075鋁合金車門外板室溫下成形質量缺陷，為今后汽車覆蓋件的溫熱成形工藝提供參考。

參考文獻：

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