发布时间：2013-08-06 点击率：715
摘要：通过杯突试验和拉深试验研究了6061铝合金板材的基本冲压性能，并以某汽车零件为
研究对象，通过有限元模拟和实物冲压，分析了铝合金板材的冲压成形性能。结果表明，606l铝合金
板材具有较小的杯突值，明显的凸耳现象，6061铝合金板材的冲压成形性能不佳；然后利用有限元
模拟和实物冲压的对比试验，为铝合金板材的冲压成形工艺的制定提供参考依据。
关键词：铝合金板；冲压成形；有限元模拟；杯突值
l 引言
世界汽车工业正面临越来越严峻的能源、环境、安全三大问题。因此，减轻汽车自重以降低能耗、减少污染、提高效率成为各大汽车厂提高竞争力的重要措施。汽车轻量化已成为汽车发展产业中的一项关键性研究课题?。目前汽车车
身轻量化的主要方法是采用轻型材料取代汽车钢板，与汽车钢板相比，铝合金板材具有比重小、强度高、耐锈蚀等一系列优点，能满足汽车轻量化的要求，美国、欧洲和日本的汽车工业已经把铝合金作为汽车轻量化技术中替代汽车钢板的主要材料。
尽管铝合金板在车身上的使用量逐年增加，但由于铝合金板材的冲压工艺研究还不成熟，缺乏系统的冲压性能数据，严重阻碍了铝合金板材塑性加工技术的发展及其在汽车车身上的应用。为此，本文在GBs一60型数显半自动杯突试验机上对606l铝合金板材进行了杯突试验和拉深试验，研究606l铝合金板材的胀形性能和拉深性能，并通过有限元模拟和实物冲压的对比试验系统地研究6061爱的套索铝合金板材的成形性能，为制定冲压成形工艺提供参考依据，具有重要的理论和工程意义。
2试验材料
试验材料选用厚度为1．0 n瑚的606l铝合金。6061铝合金属于舢-Mg-Si-cu系，是一种典型的可变形热处理铝合金，具有良好的加工、焊接、抗蚀性能，中等强度和良好的塑性j在热态和冷态都易于加工成型，因而具有很好的综合性能。常用于制造中等载荷零件、形状复杂锻件和模锻件，在航空、船舶和汽车等领域有广泛的应用用[2]。其化学成分如表l所示。
表l 606l铝合金的化分 %
材料 | Mg | Si | Cu | Cr | Fe | Mn | Zn | Ti | Al |
606l-T4 | 0.8~1.2 | 0.4~0.8 | 神州奥美 0.15~0.4 | 0.04~0.35 | 0.7 | 0.15 | 0.25 | 0.15 | 其余 |
| | | | | 自动测试 | | | | |
3 冲压成形性能实验
3．1杯突试验
杯突试验是重要的板材工艺性能试验之一，融合了胀形和拉深的特点，试样所受的应力状态和所产生的变形都与真实的冲压加工工艺相同。利用杯突试验可以便捷准确的测定其成形质量。所测量的IE值愈大，说明板材的冲压性能愈好[3]。本试验在GBS一60型数显半自动杯突试验机上进行。模具规格、试验条件、数据处理等均分别按照国家标准游园惊梦 影评GB415—84规定要求进行。杯突试验的结果如表1示。 表2杯突试验结果
材料 | 6061一T4 | 冷轧钢板 |
IE | 8.12 | 11.9[4] |
| | |
从试验结果可以看出，6061铝合金板材的杯突值比深冲钢板的低，说明6061铝合金板材的胀形性能比深冲钢板差。因为胀形时，变形区的材料受双向拉应力的作用，其平均应力的数值大，使破裂成为胀形的主要破坏方式，而且破裂总是发生在材料厚度减薄最严重的区域。
3．2拉深试验
本试验研究金属薄板拉深成形性能。圆形坯料拉深成圆筒形零件时，拉深系数是用圆筒直径d与板材坯料直径风之比表示，即m=∥仇。本试验压边力为5 000 N，凸模直径为32 mm，凹模直径为34咖，试样厚度为1．0姗。试验条件按照国家标准进行，拉伸试验结果如表3所示。
表3拉深试验结果
试样直径序号 | 试样直径D／mm | 创意平板折叠桌 破裂的试样个数 | 未破裂的试样个数 |
1 | 63．75 | 6 | 0 |
2 | 62．5 | 1 | 5 |
3 | 61．25 | 0 | 6 |
| | | |
606l铝合金板材的一次拉深的极限拉深比LDR为1．95，一次拉深的极限拉深系数为
m=d／(D0)max=O．513
试验数据表明铝合金的拉深性能较差，同时，拉深成形件的凸耳明显。对于试验中的破裂试样，从图4中可以明显看出其破裂发生在凸模圆角处，拉深未完全。铝合金板材在拉深过程中，由于凸模圆角处的材料一直承受筒壁传来的拉应力，并且受到凸模的压力和弯曲作用。在拉、压应力综合作用下，使这部分材料变薄严重，最终产生破裂。4实物冲压及成形过程的数值模拟与钢板相比，铝合金有其自身材料特性和成形性。铝合金板材成形对零件外形设计和模具的影响体现在铝的低应变率敏感性，它不能在那些轮廓清晰的局部面积上剧烈变形M】。因此本试验以某形状简单，拉延深度较浅的内板件为研究对象。该产品用于冲压成形分析具有良好的代表性。
就成形角度而言，该冲压件是拉延和反成形凹槽组合的大型成形件。由于板料厚度小，冲压成形后容易产生起皱¨o和破裂变形，造成形状缺陷。根据模具设计准则，要保证充分的塑性变形，通常需提高压边力，但压边力过大会使成形过程中处于模具圆角处的金属不易流动，导致该处冲压件容易被拉裂，对于铝合金板材来说，这
种状况更加突出。
4．1有限元模型的建立
该汽车冲压件是以uG平台进行建模，并以IGES格式输出，在Dyll小m中以IGEs格式输入，在Dynafo咖中对零件模型进行一定简化，将模型的型面作为冲压模拟中的凹模，划分网
格，然后通过网格偏移生成凸模和压边圈的网格模型。
在显式的板料成形有限元分析时，要采用虚拟冲压速度。本例分析中的冲压速度为5∥s，毛坯与模具各部件间的静摩擦因数为O．125，接触方式选用FORMING—ONE—WAY—SURFACE—To—SuRFACE。本例采用的是真实拉延筋。模具为单动结构，成形过程分两个阶段，即合拢阶段和冲压阶段。板料网格采用自适应网格(A．d印tive Me8h)的网格划分方法，完成CAE前处理后的冲压件的有限元分析模型如图6所示。从上至下依次为凹模、板料、压边圈、凸模。冲压方向垂直向下。
4．2材料参数
仿真分析所用的材料为6061铝合金板,通过单向拉伸试验获得其基本力学性能参数。
4．3模拟结果
兰州石化研究院通过模拟结果与试验结果比较，可以发现传统钢板的成形工艺不能直接用到铝合金板上，因为铝合金板材成形对零件外形设计和模具的影响体现在铝的低应变率敏感性，它在金属开始流动时会引起高的应力，在深拉延时尤为突出，且铝合金板材的最小弯曲半径大约是钢的3倍，所以铝合金的冲压工艺所需的模具的倒角半径应更大；同时要保证充分的塑性变形，通常也需适当提高压边力；而且我们还需要完善汽车用铝合金板本身的冲压成形理论和技术。
5结论
(1)本文按照相关的国家标准进行试验，对6061铝合金板材的冲压成形性能进行了比较全面的测定，其杯突值比冷轧钢板小，拉深过程中凸耳明显。总体而言，这些指标值的大小说明，606l铝合金板的冲压成形性能差，难以完成复杂形状产品成形。
(2)606l铝合金板的冲压成形性能差，在冲压成形中，特别是在拉深成形中需要对传统的成形工艺进行改进来成形零件，如增大凹模的倒角半径、增大压边力等。
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