铝合金汽车车门冲压成形工艺研究
发表时间：2019-02-13T09:45:53.813Z 来源：《电力设备》2018年第25期作者：张健沙佳辰
[导读] 摘要：随着社会经济的发展，人们的环保意识越来越强，在汽车行业中，已经开始利用铝合金材料，通过大幅减轻自身车体重量，达到减少油耗和尾气排放量的目的。
（长城汽车股份有限公司河北保定 071000）
摘要：随着社会经济的发展，人们的环保意识越来越强，在汽车行业中，已经开始利用铝合金材料，通过大幅减轻自身车体重量，达到减少油耗和尾气排放量的目的。对此，针对铝合金材料的车门冲压工艺进行优化，对铝合金车门形成特点进行综合分析。
关键词：铝合金材料；车门冲压；工艺优化
近年来，我国的汽车行业有了飞速的发展，其对环境的污染问题也越来越突出，节约资源和减少污染成为汽车行业亟待解决的两大问题。着眼于可持续发展，减轻汽车质量，降低燃油消耗及减少排放污染的任务显得尤为迫切，汽车轻量化技术是解决这些问题的重要途径之一。研究结果表明，汽车质量每减少10%就可以降低6%~8%的燃油消耗。铝合金具有密度小、强度高、耐腐蚀性强、抗冲击性能好和再回收能力强等一系列优良特性，并且资源相对丰富，将成为汽车工业中最具竞争的轻质材料。但是铝合金在室温条件下，其成形性能较差，总伸长率小，且弹性系数仅为钢板的1/3，成形时金属流动困难，从而其应用受到一定的限制。在高温下铝合金塑性好、变形抗力低、成形难度低，因此，铝合金的热冲压成形技术受到人们的广泛关注。
1工艺方案的制定
(1)拉延工序工艺方案的制定:拉延工序是覆盖件冲压成形的关键工序，覆盖件的大部分形状是在此工序形成，拉延成形的好坏将直接影响覆盖件质量。该工序一方面成形出零件的大部分形状，同时在拉延过程中还将对坯料进行切角，减少落料模具，降低成本。结合零件的工艺性，在拉延工序中对零件的某些部分做如下处理。◎第一方案，增大模具圆角，以减小材料流动阻力，再对相应部分进行整形；第二方案，利用在窗框的适当部位冲切工艺切口的方法，使容易破裂的区域从相邻区域里得到材料补充，从而改善该区域的变形情况，避免破裂的产生。◎在零件处，为了避免一次拉延可能产生的缺陷，考虑作二次拉延，从而降低第一次拉延的难度，拉延工序工艺的制定包括拉深方向的选择、工艺补充和压料面的设计等。选择合理的拉延方向应考虑以下原则：保证能将拉延件的全部空间形状一次拉延出来，不产生负角；尽量使拉深深度浅且均匀；保证凸模有良好的接触状态；有利于防止表面缺陷；同时要考虑后工序内容和模具结构。合理的压料面形状应遵循以下几个主要设计原则：压料面的形状应尽量简单；在拉延过程中压料面任一断面的展开长度要小于拉延件内部相应断面的长度；压料面应使成形深度小且各部分深度接近一致。结合本零件的特点，压料面沿零件四周的变化趋势顺延成曲面。在进行工艺补充时，应主要考虑以下几个原则：尽量简化拉延件结构形状；工艺补充部分尽量小，以提高材料利用率，降低成本；对后工序有利原则，如定位、修边等。由于后工序全部有冲孔动作，出于模具结构简单化的目的考虑，窗框型面部分采用向下整形，并保证合适的切边角度，并将侧壁作了8°的拔模角。其余部分顺着产品延伸出来。(2)其余工序工艺方案该覆盖件部分孔和其他大部分孔的方向相差约10°，并且考虑到窗框型面弧度变化，第一工序和第二工序的冲压方向相同，后工序冲压方向与之相差10°，现将后工序进行简单介绍。工序二为二次拉延+切边+冲孔，局部区域进行整形，切边时考虑了窗框内废料较大，将其分三块切掉，考虑模具结构强度的原因，本工序切出两端的两块。工序三为切边+冲孔，将余下全周进行切边，同时冲出部分孔。工序四为侧切+侧冲孔翻孔+冲孔+整形，窗框内边整形，侧向门锁安装孔在此工序全部完成，此部分内容的完成也是模具结构的难点，采用双动斜楔机构。工序五为整形+冲孔，全周法兰边整形，冲切余下孔，因为零件的法兰边要与外板进行扣合，法兰边的平展度将直接影响扣合的质量，故在此工序安排了法兰边全周的整形[1]。
2铝合金板材影响因素分析及优化
2.1铝合金材料特性的影响
因为铝合金材料具有鲜明的立体结构，并且在车门冲压成型操作过程中，在车门铝合金半成件温度升高的条件下可以大幅度提升铝合金敏感度系数m值，从而可以对铝合金材料成形性等进行改善。
2.2模具压力边的影响
利用优化圆角模具，可以大大的改变铝合金表面的应变力，在进行铝合金车门受力拉深过程中，通过表面拉深力的作用，很容易发生塑形形变。通过对车门常用的5754和6111型铝合金材料，进行拉深测试，结果发现优化的圆形模具使车门表面半径下降至少6mm，而且在拉抻过程中，模具自身对车门拉伸力的影响都比较小，车门表面成型时受到的拉伸力整体下降比较平缓。
2.3冲压速度对成形质量的影响
在相同温度下，随着冲压速度的提高，材料的应变率相应增大，高温下铝合金发生动态回复与动态再结晶受到限制，应变硬化得不到松弛，使得变形抗力增加。当冲压速度为50mm/s时，铝合金能够较好的发生动态回复与动态再结晶，变形抗力小，压边区的材料能够顺利地通过传力区进入到成形区，从而使板料危险截面的最小厚度较大，成形质量较好；当冲压速度为100mm/s和200mm/s时，由于应变率较大，动态回复和动态再结晶都受到抑制，变形抗力较大，使成形区材料的流入受到一定的阻碍，从而板料危险截面的最小厚度较小[2]。高温下，当冲压速度达到一定程度时，铝合金的动态回复与动态再结晶受抑制的程度基本上相同，此时，在其他条件不变的情况下，增加冲压速度对板料的成形质量影响较小。
3车门压力边加载模式优化
3.1恒定压力边加载模式
在铝合金材料成型过程中，一旦车门冲压形成的褶皱无法适应优化模具，就可以通过安装合适的压边进行直接设置。现阶段在铝合金材料的车门冲压中，常用到的车门压边装置大多以刚性压边为主。所谓刚性压边主要是指利用车门压力机上外设的动态滑块进行车门压边。在实际车门压深过程中，车门四周受到的压边力处于恒定状态，整体拉深效果更好。从压边实际操作上来看，在车门拉深过程中对进行适当的压边力和冲压控制可以有效调节冲压车门，从而直接控制车门成品质量。对于铝合金材料车门冲压成型压边力优化技术的研究，是当今材料板材研究的重点，铝合金车本的边压力，在铝合金板材车门冲压力形成的过程中有着非常重要的作用[3]。
3.2破裂临界压边力
如果在车门冲压过程中，拉深力超过了铝合金最薄区域所能达到的最大应受力，整个车门的铝合金材料就会因为拉力过大而报废。所以可以通过POER-LE软件，提交对铝合金车门胚件进行整体测评，划分交界面区域，对其最大受力性进行参数测评。获取参数后，对拉抻