鋁板引擎蓋外板拉延工藝

鋁具有重量輕（密度僅為鋼的1/3）、防腐蝕的特點，近年來，該材料被汽車領域所關注。另外，制作同樣的零件，鋼板厚度：鋁板厚度=1∶1.43；鋼板重量∶鋁板重量=1∶0.47；鋼板成本：鋁板成本=1∶2.33。 同樣的零件，如果采用鋁板制作，重量將會減輕一半以上，這對汽車輕量化是具有重大意義的（注：本項研究工作得到了上海市科學技術委員會的資助，資助課題編號為12QB1403500）。

除了上述優(yōu)點，鋁板也存在一些缺點，如拉延成形性差，不適合做深拉延；小的產(chǎn)品圓角容易引起拉延開裂，出現(xiàn)表面缺陷；鋁板粘性大，修邊碎屑嚴重；鋁的彈性模量小，屈服強度低，使得鋁板回彈量難以控制，相似鋁板零件的回彈量大約是鋼板零件的3倍；鋁板材質(zhì)軟，易出現(xiàn)劃傷，對模具的表面光潔度要求極高；并且由于其材料成本高，鋁板覆蓋件一般只有在高端車型上才會應用，以上這些問題都成為開發(fā)鋁板模具的難點與阻礙。

鋁板模拉延基礎造型

由于鋁板的抗拉強度只有鋼板的60%～70%，所以延展性較差。鋼板的拉延最大減薄率為25%，而鋁板單向拉深處拉延最大減薄率只為12%，雙向拉深處最大拉延減薄率為18%。鋁板必須通過合理的拉延模面造型，均勻地控制材料的流入量，優(yōu)化零件的減薄率，使其在特定的拉延條件下拉延出合格的產(chǎn)品。

圖1 某項目鋁板前蓋外板拉延造型

通常情況下，為了提高材料利用率，鋼板零件做工藝補充通常采用的側(cè)壁拔模角為10°，工藝補充凸圓角和凹圓角通常采用10°。而鋁板為了防止開裂工藝補充的側(cè)壁拔模角要大于15°，工藝補充圓角要盡可能大。圖1為某項目鋁板前蓋外板拉延造型，圖2為采用有限元分析軟件得到的基于圖1造型的減薄率圖。

由于鋁板比較輕，并具有一定的粘性，因此，鋁板修邊碎屑比鋼板要嚴重。修邊碎屑若要被帶到零件上，則會引起零件表面質(zhì)量問題。修邊碎屑通常是由修邊角度差而引起的，因此為了控制修邊碎屑問題，鋁板的修邊條件較鋼板更為苛刻。對于鋼板來講，通常修邊角度在-20°～30°，對于鋁板零件，最優(yōu)的修邊角度為-10°～10°，為了滿足該修邊條件，在做拉延造型時，就應將修邊線所在面做在合理的修邊角度內(nèi)，使修邊工序盡可能使用正修邊。

圖2 CAE變薄率

回彈的控制

零件的回彈主要影響因素為楊氏模量，楊氏模量越小，回彈則越大。鋁板的楊氏模量約為鋼板的1/3，因此相同工況下，鋁板成形后的回彈量約為鋼板的3倍。如此大的回彈量就需要設計合理的工藝，使材料流動盡可能地均勻，從而降低零件的回彈量，提高零件尺寸的合格率。

零件的過拉延造型是影響零件回彈的一個重要因素，圖3為兩種不同的過拉延造型的CAE回彈對比。圖3a過拉延深度為1mm，上R角采用R10，下R角采用R20，經(jīng)分析，翻邊后的回彈最高點為7.25mm，最低點為-6.58mm，高低差達14mm。圖3b為過拉延深度加深至2mm，上R角采用R10，下R角采用R15，經(jīng)分析，翻邊后的回彈最高點為5.75mm，最低點為-5.18mm，高低差為11mm，圖3b較圖3a回彈降低了3mm，因此控制過拉延的深度是控制鋁板回彈量的手段之一。

另外，控制零件拉延的均勻減薄也是一種有效控制回彈的方法。引擎蓋風窗處的凹坑造型可使零件外觀面的減薄率更為均勻。為了驗證此處凹坑造型對回彈影響，本文分別做了有凹坑與無凹坑的造型，兩種造型的零件減薄率與翻邊后回彈結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，風窗處有凹坑的造型的零件減薄率均勻性明顯優(yōu)于無凹坑的，此處的回彈值也小了1.1mm。此處的凹坑造型對風窗處的回彈的控制是十分有效的。

圖3 不同過拉延參數(shù)與翻邊后回彈對比圖

圖4 風窗處有凹坑與無凹坑造型的減薄率與翻邊后回彈對比圖

圖5 造型修改前后板料成形過程

圖6 造型修改前后沖擊線

這兩種通過造型的方法改善零件回彈的原理為：更深的臺階與更小的R角可阻礙外部的材料向外觀面流動，使外觀面的材料拉得更透，材料的剛度變強，從而降低了零件的回彈量。

虎牙處沖擊線的控制

汽車外觀零件表面質(zhì)量非常重要，沖擊線即為表面質(zhì)量問題的一種。板料在拉延過程中，凹?？趫A角首先接觸板料，隨著板料向凹模中流入，凹模口圓角在板料上留下痕跡，材料流入越多，痕跡越長，這種痕跡就是沖擊線。如圖5所示，引擎蓋外板的虎牙處的外觀面相對其他部位的外觀面面斜度大，而工藝補充面又要滿足鋁板的修邊條件，造成外觀面與工藝補充面夾角較小，形成一個較尖的凸角，易留下沖擊線。

本文研究的引擎蓋外板拉延造型初始設計如圖5a所示，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，這種造型使得此處的板料比較平緩，當?shù)降浊?2mm時，虎牙處的凸角就已經(jīng)接觸板料，上模繼續(xù)向下運動，材料滑過凸角，形成沖擊線，沖到外觀面上1.2mm，如圖6a所示。

為了解決沖擊線問題 ，本文嘗試修改了此處的造型，將壓料面下降，分模線向產(chǎn)品靠攏，使成形中此處板料彎曲，從而使凸角接觸板料的時間延后，使沖擊線不沖至外觀面。如圖5b所示，造型的壓料面下降，板料相對于修改前變斜，此處凸角接觸板料的時間延后，沖擊線沒有沖至外觀面上，如圖6b所示，問題得到解決。

結(jié)束語

本文以某項目引擎蓋外板為例，重點介紹了鋁板引擎蓋外板的拉延基礎造型方法、零件回彈的控制和局部沖擊線的控制，并通過有限元分析軟件驗證結(jié)果，得出了鋁板引擎蓋外板拉延工藝的關鍵技術，解決了鋁板成形性差、回彈量大與表面質(zhì)量問題，為鋁板覆蓋件沖壓技術提供了一定的借鑒。本次研究工作得到了上海市科學委員會的資助，資助課題編號“12QB1403500”。

鋁板引擎蓋外板拉延工藝

文/ 孫瀟女，王勇，李玉強，徐偉檢，楊思佳·上海賽科利汽車模具技術應用有限公司模具制造部技術中心