模具工业2019年第45卷第11期27
陈会会，夏迎飞，夏成飞
(鹤壁市全力模具制造有限公司，河南鹤壁458030)
摘要：以铝合金门板为例，通过有限元软件AutoForm进行分析，得出铝合金覆盖件成形的特点、和要求，并通过回弹分析和实际现场验证确认了分析条件的合理性，为汽车外覆盖件采用铝合金材料成形提供了参考. 关键词：铝合金；成形性；汽车覆盖件；回弹分析；轻量化
阿尔玛蓝中图分类号:TG386.41文献标识码:B文章编号:1001-2168(2019)11-0027-04
D0I：10.16787/jki.1001-2168.dmi.2019.11.007
Forming analysis and springback solution of aluminum alloy
door outer plate
CHEN Hui-hui,XIA Ying-fei,XIA Cheng fei
(Hebi Quan li Mould Manufacturing Co.,Ltd.,Hebi,Henan458030,China) Abstract:Taking the aluminium alloy door outer panel as an example,the finite element software AutoForm was used to analyze and the forming characteristics and requirements of aluminium alloy cover panel were obtained.The rationality of the analysis conditions was confirmed by springback analysis and actual field verification.It provided references for the automobile outer panels used aluminum alloy materials.
Key words:aluminum alloy;formability;body cover panel;springback analysis;lightweight
0引言
调节臂随着经济的发展，汽车工业也进入发展的快车道，汽车工业的发展带来了三大问题：能耗、排放和污染。面对日益严峻的能源危机和环境污染问题，节能减排刻不容缓，提髙汽车性能、提高燃油经济性和汽车轻量化十分迫切。
作为汽车轻量化的重要途径，铝合金板料在汽车覆盖件上的应用是促进汽车轻量化的重要手段之一。研究表明，汽车每使用1kg铝，可减轻口身质量2.25kg，减重效应高达125%，汽车质量每下降10%，
燃料效率可提高6%〜8%。采用铝合金板料代替钢板材料，可使午身质量减轻30%〜40%，承受同样冲击载荷，铝板比钢板多吸收冲击能50%。铝合金板料因具有高强度、耐腐蚀性、适合多种成形方法、较易再利用等优点替代钢板材料叭
由丁微观结构差异，汽车用铝合金板的成形性能与汽车钢板相比有较大的聾异，传统钢板的成形
收稿日期:2019-06-26.
作者简介：陈会会(1982-)，女(汉族)，河北邯郸人，工程师，主要从事模具设计工作。理论和技术无法直接套用在铝板上。铝板的弹性模量是钢板的1/3，因此铝板成形的回弹量约是钢板的3倍，无论从成形性还是从回弹角度分析，铝板成形都有别丁•传统的钢板成形。
侧门外板作为车身重要的外覆盖件，其成形质量直接影响整车的外观质量和品质叭图1所示为某车型的侧门外板，外形尺寸为1152mmx685 mmxl.5mm，材质为铝板5251_O。
图1
侧门外板及断面结构
28
模具工业2019年第45卷第11期
零件冲压工艺为：拉深、修边、翻边。依据零件
形状特点，通过AutoForm 软件在拉深深度最浅和对
水控系统
称均衡触料以及最大接触面的原则上确定冲压方 向，并通过软件的快速建模获得压料面和工艺补
充。由于铝板延伸率较低叫一般为25%，且塑性流 动性差，压边圈应尽量光顺，避免曲率变化大，工艺
补充各个参数都要大于钢板材质，图2所示为工艺 补充参数设置。
拉深筋
图2工艺补充参数设置
根据上述分析确定最佳的工艺补充类型以及
冲压方向，如图3所示，并生成凸模、压边圈以及凹 模，选择材料参数，确定冲压压边力为1 200 kN，摩 擦系数为0.14，进行CAE 分析，经过反复调整拉深
筋参数，最终确定板料大小。2 CAE 及回弹结果分析
拉深筋作为控制板料流动速度的主要因素，为 有利于分析并快速调整，前期分析拉深筋采用虚拟 拉深筋，最终确定虚拟拉深筋阻料系数为0.75，对应 板料反宽为1 350 mmx850 mm 。经分析并进行结
果评测，FLD (成形极限)通过，如图4(a)所示；减薄
率超过0.03且均匀，说明成形充分，如图4(b)所示;
主应变中间区域未超过0.03，局部刚性存在问题，如 图4(c)所示；次应变均为正值，如图4(d)所示，棱线
滑移均超出圆角，可以根据此分析进行工艺和模具 设计。
由于零件型面比较平缓，且翻边均为直线翻
边，不存在因弧度翻边造成的多料或少料的情况, 因此翻边对零件回弹影响较小。回弹的主要原因
是主应变不均匀和塑性变形不充分，为了后期指导
调试进彳亍回弹验证，通过分析修边后的回弹，出
(a)成形极限(b)减薄率
(c)主应变
(d)次应变
图4
拉深分析结杲评测
模具工业2019年第45卷第11期29
影响零件回弹的因素，以便更好地减小零件成形时
的回弹叫根据以上拉深分析，修边后进行冋弹分
析，修边后回弹结果显示零件中间数值为负，如图5
(a)所示。经过对比，显示中间结果为塌陷，如图5
(b)所示。
(a)修边后回弹
(b)中间塌陷结果
图5修边后冋弹及中间塌陷结果
由于现场检测零件为样规弧板检测，即通过零件断面线加工一个断面样板，通过断面样板与冲压件的形状进行贴合对比，回弹数据会出现叠加效应，即上下回弹Z和为总回弹。根据对比结果，零件中间位置回弹最大约5mm。经过分析，引起此回弹和塌陷的因素为主应变应变不充分及分布不均匀导致的。由于材质为铝板，延展性较钢板差叫继续拉深无法加大主应变解决此冋弹，鉴于铝板塑性变形越小回弹越小的特点，只能通过减小零件的成形充分性，使应变尽量均匀，减小回弹。通过对虚拟拉深筋阻料系数由0.75更改为0.65，加大板料的流入量，减小铝板零件的塑性变形充分性，并降低应变值，经过回弹分析，发现总回弹值有所下降，零件中间位置最大冋弹量约2.06mm，如图6所示。证明通过减小成形的充分性，尽量减小铝板的塑性变形，对冋弹的减小有明显的效果。
(a)增大板料流入量的冋弹
(b)中间塌陷结果
图6增大板料流入量的回弹及中间塌陷结果
为了得到更小的回弹边界条件，对虚拟拉深筋和流入量继续调整，经过反复分析，最终得出虚拟拉深筋阻料系数为0.5，与虚拟拉深筋阻料系数为0.75时相比，板料流入量长度方向多流入了约10 mm，此
时中间最大回弹量已经减低到1.3mm，如图7所示，若继续增大板料流入量，不但不会减小回弹，反而会加大冋弹量。
(a)虚拟拉深筋阻料系数0.5时的回弹
(b)中间塌陷结果
图7虚拟拉深筋阻料系数0.5时的冋弹及中间塌陷结果
根据上述结果，对工艺型面进行处理，如图8所示，通过灰框为边界，对中间点做1mm的隆起处理，并通过白线对2个断面进行弧度处理。
后期
30模具工业2019年第45卷第11期
现场调试尽量提髙研合率，通过型面处理和板料的
厚向形变硬化以减小冋弹。
(a)研合率不足时成形零件状态
出线间隔3对比汇总
模具进入调试阶段后，最初由于表面粗糙度值偏高和研合贴合率不足60%，导致板料流入量较小，零件塌陷冋弹较人，最人处约6.5mm，如图9(a)所示，通过调试减小拉深筋尺寸和压边力，使板料流入与分析结果一致后，零件冋弹减小到2.5mm左右，如图9(b)所示。经工艺型面冋弹补偿处理，通过降低模具闭合髙度的方式重新加工模具零件型面，调试检测，零件冋弹减小到0.5mm左右，如图9 (c)所示。通过最终的模具研合率，成形的零件顺利通过验收。(b)流入量与分析结果一致的成形零件状态
(c)重新加「型面回弹处理零件状态
图9现场各阶段回弹测量数值
染料废水4结束语
CAE数值模拟成形技术的应用，能在前期预测铝板成形冋弹的趋势和数值范围，通过前期对技术数据的处理和回弹补偿，可以有效减小回弹，降低模具的调试难度，缩短了交付周期。通过分析和实际生产对比，铝板的成形延展性越大，冋弹越明显，需要尽量控制铝板成形过程中的变形量，减小应变并使板料均匀变形，可以有效减小回弹。
参考文献：
［1］于中奇.汽车用铝合金板冲压成形仿真精度与机罩外板拉深工艺设计研究［D］.上海：上海交通大学,2005:1-77.
(上接第23页)
(4)优化工艺条件下成形的儿字梁制件侧壁无翘曲，制件成形精度明显提升。
参考文献：
［1］付三令.汽车纵梁冲压工艺分析与改进［J］.模具工业, 2015,41⑹:37-42.
［2］韦薛.抑制U形件冲压回弹翘曲的拉深筋优化设计［J］.［2］付争春，马俊山，胡平，等.汽车外覆盖件表面凹陷与畸变的实验与仿真［J］.塑性工程学报.2009⑷:24-2&
［3］叶燕，王勇.汽车铝板覆盖件冲压模具结构研究［J］.金属加工,2012(9):29-31.
［4］胡蕾.谢晖.铝合金车门外板冲压成形工艺设计与工艺参数稳健优化［D］.长沙：湖南大学,2014:1-49.
［5］张毅，连昌伟.铝板在车身覆盖件冲压生产中的关键技术［J］.锻压技术,2015(1):48-50.
⑹韦荣发，张莹，蒙世瑛，等.汽车覆盖件回弹控制研究［J］.
模具工业,2018,44(1):15-18.
［7］侯小刚，张海军，高满银.模面精细化技术在侧围模具开发上的应用［J］.模具工业.2018,44(1):57-61.
模具工业,2018,44(2):15-22.
［3］韩俊.汽车高强板成形回弹控制研究［D］.重庆：重庆理工大学,2010:19.
【4］吴磊.高强度钢板扭曲回弹特性及控制方法研究［D］.长沙：湖南大学,2010:7-8.
投票箱制作［5］邹玉清.汽车髙强板冲压件质屋问题解决方法的研究［J|.
科技创业
,2014(3):99-100.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议