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。
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