沖壓鋁件開發(fā)及回彈優(yōu)化探索研究

趙道智 蔡青峰 黃凱 鄧丁

摘 要：外覆蓋件成型性前期工藝評(píng)估，后期成型穩(wěn)定性判斷，對(duì)車型開發(fā)尤為重要。對(duì)于整車輕量化主流趨勢(shì)，鋁件有較為明顯突出的優(yōu)勢(shì)。鋁板時(shí)效性性能控制，回彈的模擬補(bǔ)償，穩(wěn)健性的判定，較為關(guān)鍵。發(fā)蓋外板作為鋁板的典型產(chǎn)品，控制產(chǎn)品回彈，保證翻邊質(zhì)量的相關(guān)梳理研究。對(duì)翼子板、行李廂等鋁件開發(fā)有極為重要的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：整車輕量化;鋁件成型性、穩(wěn)健性;回彈控制及翻邊質(zhì)量梳理研究

隨著新能源電動(dòng)汽車的日益興起和國家排放的政策導(dǎo)向，整車輕量化成為日益主流的趨勢(shì)。減少汽車質(zhì)量的主要途徑之一就是使用輕量化材料。各種輕量化技術(shù)也逐步崛起：鋁合金材料運(yùn)用、碳纖維材料運(yùn)用、熱成型技術(shù)、內(nèi)高壓成型技術(shù)。其中鋁件以其獨(dú)特的性能、價(jià)格、生產(chǎn)效率等優(yōu)勢(shì)，成為了汽車制造業(yè)中運(yùn)用最為廣泛的輕量化金屬材料。鋁合金材料不僅具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好，較其他輕量化材料更易與加工、高效回收等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用制造領(lǐng)域。

1 整車輕量化發(fā)展必要性

日益激烈的市場(chǎng)環(huán)境，整車輕量化成為提升整車性能和競(jìng)爭(zhēng)力的必須途徑。對(duì)于純電動(dòng)汽車（BEV）及混合動(dòng)力新能源汽車（PHEV）發(fā)展而言，意味著在相同的電池能力下，擁有更長(zhǎng)的續(xù)航能力。

因此，鋁合金板料的強(qiáng)度系數(shù)K越大，硬化指數(shù)N越小和各項(xiàng)異性系數(shù)R值大都有利于板材的沖壓成型。如果鋁合金板材的材料參數(shù)K、N和R變化太大，就會(huì)出現(xiàn)板料成型中常見的另外一種缺陷——起皺，影響板料沖壓成型零件的成型精度和表面質(zhì)量?？梢姡X合金板材的沖壓成型失效形式不僅有破裂，還可能存在起皺。

3 SE同步分析及穩(wěn)健性評(píng)估

通過對(duì)鋁合金材料性能了解?？梢缘贸鲣X合金成型性、起皺性、制件回彈都需重點(diǎn)關(guān)注。在產(chǎn)品SE同步分析階段就要將對(duì)應(yīng)要求融入設(shè)計(jì)。（1）鋁合金是應(yīng)變硬化材料，產(chǎn)品形狀前期必須要評(píng)估一次性成型整形到位，不整形或是微量整形;（2）產(chǎn)品造型盡可能保證各處拉延深度一致。（3）在產(chǎn)品造型過渡要平緩不能有明顯急劇變化，易產(chǎn)生破裂或是起皺;（4）產(chǎn)品的各處R角需要制作的更為圓潤(rùn)如圖2，R角要較鋼件更大;（5）鋁板回彈模量比鋼件大很多，所以要考慮鋁件設(shè)置對(duì)應(yīng)造型整回彈趨勢(shì)，減少回彈量。

除了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需要做工藝性調(diào)整以外，鋁板力學(xué)性能時(shí)效性變化，讓成型和回彈更加敏感，工藝確定之初就需要評(píng)估好工藝調(diào)試窗口。

可以有效的判斷當(dāng)前工藝工序過程（成型性、回彈補(bǔ)償）是否可靠，后續(xù)生產(chǎn)調(diào)試的敏感度。提升前期模擬與現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的符合度，有效縮短調(diào)試周期。

實(shí)施案例一：

某車型鋁材內(nèi)板件其造型高低差較大，容易產(chǎn)生成型及回彈問題風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)該件也進(jìn)行成型回彈改善思路總結(jié)。

鋁合金沖壓工藝設(shè)計(jì)方法是解決鋁合金制件回彈變形的核心技術(shù)，其中，涉及工藝方案、成型條件、工藝補(bǔ)償?shù)榷鄠€(gè)方面。需要分析成型過程中的開裂、起皺、回彈、扭曲等多種沖壓缺陷產(chǎn)生的位置及原因，并尋找對(duì)應(yīng)的對(duì)策進(jìn)行改善。

對(duì)于制件回彈改善，首推是產(chǎn)品造型調(diào)整改善消除可能產(chǎn)生的回彈趨勢(shì)，這是最根本、穩(wěn)定、徹底的方法。但產(chǎn)品設(shè)計(jì)有自身的局限性和限制性，在這種情況下就需要工藝控制和改善。一般方法分為兩大塊：

（1）沖壓工藝設(shè)計(jì)。根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)來確定成行區(qū)域、補(bǔ)充形狀、修邊布局及翻邊各工藝的差異性布置。制定合理的工法。

（2）工藝回彈補(bǔ)償控制。由于鋁合金自身的力學(xué)特性成型過程會(huì)出現(xiàn)較大的回彈變形。正常情況下鋁板的回彈模量是鋼板的3倍。因此在CAE進(jìn)行全序的穩(wěn)健性模擬后，根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行工藝補(bǔ)償，以改善質(zhì)量狀態(tài)。其中根據(jù)不同制件、不同成型方法，分為4種補(bǔ)償策略：a.全序整體補(bǔ)償;b.各工序分步整體補(bǔ)償;c.成型優(yōu)先整體補(bǔ)償策略;d.各工序局部區(qū)域補(bǔ)償策略。

針對(duì)制件過程回彈的具體分析。a.制件過程中，拉延件的回彈變形與制件修邊整形后，回彈趨勢(shì)、范圍一致，不存在拉延件回彈變形量低，局部切邊后形狀變高的現(xiàn)象。這樣的情況可以認(rèn)為工藝補(bǔ)充對(duì)制件的回彈變形量較小，制件變形問題。那針對(duì)第一序修邊后釋放回彈變形量進(jìn)行回彈補(bǔ)償，進(jìn)行制件調(diào)整即可。b.制件過程中，拉延件的回彈變形與制件修邊整形后，回彈趨勢(shì)、范圍出現(xiàn)較大偏差甚至逆轉(zhuǎn)，說明制件的補(bǔ)充形狀對(duì)零件的回彈變形會(huì)產(chǎn)生較大的影響。這樣的回彈調(diào)整最為困難，需要將全序工序件整理排布分析，確定制件各序的回彈方向及對(duì)應(yīng)數(shù)值。找到回彈逆轉(zhuǎn)工序及根本原因，在對(duì)應(yīng)工序工藝補(bǔ)償改善狀態(tài)。

通過以上方法的調(diào)整，該件回彈最大8.5mm回彈區(qū)域改善至2.5mm，合格率提升至88.3%。完成較好的制件改善。

實(shí)施案例二：

某車型鋁發(fā)蓋為考慮翻邊的質(zhì)量狀態(tài)及對(duì)應(yīng)工藝造型的回彈性差異，進(jìn)行直翻和夾料翻邊的兩種狀態(tài)評(píng)估，并進(jìn)行穩(wěn)健型分析，如圖4所示。通過對(duì)比得出結(jié)論發(fā)蓋外板前段采用夾料翻邊更有利于翻邊質(zhì)量及該翻邊區(qū)域的回彈控制。外板的回彈數(shù)值也由3.49mm趨勢(shì)改善至0.73mm。而發(fā)蓋尾端采用夾邊翻邊的工藝形式不能更好的保證翻邊質(zhì)量和該翻邊區(qū)域的回彈。其回彈數(shù)值由1.36mm上升至4.46mm。而對(duì)于翻邊的質(zhì)量效果來說，直翻邊不容易產(chǎn)生翹曲從圖5可以看出細(xì)節(jié)差異。經(jīng)過多輪的綜合考慮后，前端采用夾料翻邊而其他位置采用正常翻邊，更有利于翻邊質(zhì)量和回彈控制。

4 總結(jié)

整車輕量化離不開鋁合金的運(yùn)用。鋁合金車身件的開發(fā)，則需要對(duì)鋁板的材料性能、特性熟悉。設(shè)計(jì)鋁合金車身件更需要摒棄鋼板車身件的設(shè)計(jì)理念，完成思維轉(zhuǎn)型才能設(shè)計(jì)出更適合鋁合金材質(zhì)的產(chǎn)品?；谝陨系囊?，通過工藝上模擬穩(wěn)健性、回彈的調(diào)整思路，相信可以為以后鋁合金車身開發(fā)提供有力的技術(shù)借鑒和支持。