基于Autoform鋁合金車門外板溫?zé)釠_壓成形數(shù)值模擬研究

胡仕成 張繼靈

摘 要：在室溫條件下，鋁合金的成形性較差，而在溫?zé)釛l件下將改善成形質(zhì)量，本文將采用有限元軟件AutoForm對7075鋁合金車門外板溫?zé)岢尚芜^程進行數(shù)值模擬，以最大減薄率和最大起皺評判值為評判標(biāo)準(zhǔn)，成形溫度在300℃時，探究壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)、模具間隙等因素對成型質(zhì)量的影響，采用正交試驗優(yōu)化，得到溫?zé)岢尚巫顑?yōu)工藝參數(shù)，零件的最大減薄率為22.3%，最大起皺評判值為1.6%。

關(guān)鍵詞：車門外板;鋁合金;數(shù)值模擬;溫?zé)岢尚?/p>

引言

近年來，汽車工業(yè)得到飛速發(fā)展，日前已經(jīng)成為我國經(jīng)濟發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)。車門是汽車的主要零部件之一。車門外板屬于板料成形中工藝復(fù)雜、成形難的薄板件[1]，車門外板沖壓成形過程容易出現(xiàn)拉裂、起皺等質(zhì)量問題，因此需要控制車門外板減薄率和起皺率[2]。

隨著全球能源危機問題以及環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，汽車的輕量化研究逐漸成為熱點問題，汽車輕量化能夠有效節(jié)約油耗和減少排量，鋁及鋁合金是當(dāng)今社會汽車輕量化的首選材料[3]，7000系鋁合金在室溫狀態(tài)下延伸率較低，成形性相對較差，在沖壓過程中會出現(xiàn)破裂、起皺等缺陷[4，5]， 適當(dāng)提高成形溫度，可以改善鋁合金的成形性能，本文將研究成形溫度在300℃時，得到壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)、模具間隙最優(yōu)參數(shù)組合。

1模擬分析

1.1車門外板結(jié)構(gòu)特征

使用UG 建立汽車車門外板的幾何模型如圖1.1所示，零件外形尺寸為 1090mm×610mm，材料厚1mm。與其他汽車覆蓋件相比，車門外板厚度較薄，車門外板的形狀由多個曲面組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、外觀要求高、空間的輪廓尺寸較大、結(jié)構(gòu)不規(guī)則且沒有對稱性，因此車門外板成型工藝的設(shè)計、模具設(shè)計制造等方面難度都比較大。車門外板外觀要求較高，需要控制其開裂、回彈、起皺等缺陷。

1.2有限元模型

在UG中完成車門外板三維模型的建立并將其導(dǎo)入到 AutoForm 中，建立拉延工序仿真模型，在 AutoForm 中選擇合適的沖壓方向，添加隨形的壓料面和合適的工藝補償，本文將在成形溫度處于300℃時，探究壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)、模具間隙等因素對成型質(zhì)量的影響，因此需要設(shè)置溫度為300℃，并依次設(shè)置壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)、模具間隙等工藝參數(shù)，劃分網(wǎng)格后，有限元模型如圖1.2所示

1.3材料模型

材料采用7075鋁合金，厚度選用 1mm，不同溫度下該類合金的塑性階段真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線如圖1.3所示，具體力學(xué)參數(shù)如下表 1.1 所示。將參數(shù)導(dǎo)入到AutoForm 中完成材料模型的建立。

2模擬成形結(jié)果

成形溫度為 300℃時，通過對壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)、模具間隙等參數(shù)設(shè)計正交試驗進行優(yōu)化，得到溫?zé)岢尚巫顑?yōu)工藝參數(shù)為：壓邊力1000KN、沖壓速度為2000mm/s、摩擦系數(shù)為1.5，模具間隙1.1mm，溫度為 300℃時最優(yōu)工藝參數(shù)數(shù)值模擬結(jié)果如圖2.1、2.2所示，板料最大減薄率為22.3%，最大起皺評判值為1.6%。

3結(jié)論

本文利用 AutoForm 軟件進行沖壓分析模擬，研究車門外板在300℃成形時，通過對壓邊力、沖壓速度、摩擦系數(shù)、模具間隙等參數(shù)設(shè)計正交試驗進行優(yōu)化，得到溫?zé)岢尚巫顑?yōu)工藝參數(shù)為：壓邊力1000KN、沖壓速度為2000mm/s、摩擦系數(shù)為1.5，模具間隙1.1mm，此時最優(yōu)工藝參數(shù)數(shù)值模擬結(jié)果：最大減薄率為22.3%，最大起皺評判值為1.6%，符合成形質(zhì)量要求，解決了7075鋁合金車門外板室溫下成形質(zhì)量缺陷，為今后汽車覆蓋件的溫?zé)岢尚喂に囂峁﹨⒖肌?/p>

參考文獻：

[1]胡蕾. 鋁合金車門外板沖壓成形工藝設(shè)計與工藝參數(shù)穩(wěn)健優(yōu)化[D].湖南大學(xué)，2014.

[2] 陳宇. 基于SMT的車身覆蓋件成形工藝參數(shù)設(shè)計方法研究[D]. 湖南大學(xué)， 2019.

[3] 鄭暉， 趙曦雅. 汽車輕量化及鋁合金在現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 鍛壓技術(shù)， 2016， 41（02）： 1-6.

[4] Huo W T， Hou L G， Zhang Y S， et al. Warm formability and post-forming microstructure/property of high-strength AA 7075-T6 Al alloy[J]. Materials Science and Engineering a-Structural Materials Properties Microstructure and Processing， 2016， 675： 44-54. [5] Gu R Y， Liu Q， Chen S C， et al. Study on High-Temperature Mechanical Properties and Forming Limit Diagram of 7075 Aluminum Alloy Sheet in Hot Stamping[J]. Journal of Materials Engineering and Performance， 2019， 28（12）： 7259-7272.

[6]顧瑞瑩. 基于熱沖壓工藝的7075鋁合金板材高溫拉伸性能及成形極限研究[D].上海大學(xué)，

[7] Ying L， Gao T， Dai M， et al. Investigation of interfacial heat transfer mechanism for 7075-T6 aluminum alloy in HFQ hot forming process[J]. Applied Thermal Engineering， 2017， 118：266-282.

[8] Liu X， Ji K， Fakir O E， et al. Determination of the interfacial heat transfer coefficient for a hot aluminum stamping process[J]. Journal of Materials Processing Technology， 2017， 247：158-170.