铝合金材料在车门冲压成形工艺优化研究

张支亮

（安徽长安专用汽车制造有限公司，安徽 六安237000）

随着现代社会经济的飞速发展，人们对生存环境污染问题的重视程度也在不断加深。为了有效遏制周围环境污染情况进一步恶化，国内各行业对环境污染的定义和程度标准也在不断更新。无论国家之间还是国内各行业之间，均出台了各类有关环境保护的规章制度，用于环境治理保护。人们环保意识和健康意识的提高，对于汽车尾气排放量标准的划分也在不断上升。但是随着现代汽车量的持续上升，当前汽车尾气排放标准的变更，无疑会给汽车开发和制造行业提供更大压力。在当前背景下，轻量型的环保汽车势必成为未来汽车发展和制造的主流。

现代汽车制造中，汽车车身质量大约占汽车总质量的50%左右。而超过70%的汽车油耗来自于汽车车身质量。所以想要有效降低汽车尾气排放量，可以从汽车车身质量入手，降低车身质量。铝合金材料因为其自身独有的轻质量、高强度逐渐成为汽车制造的新兴材料、现在许多汽车制造厂商均会适用这种非钢材料，作为汽车重要制造材料进行车身减重，其中以汽车车门为主要应用区域，所以针对铝合金材料，对车门冲压成型工艺进行优化，是具有现实意义的[1]。

1 车门拉纤工艺优化

在车门冲压成型工艺中，拉纤工艺也被称为拉伸工艺，是汽车行业车门冲压成型的重要工艺之一。传统铝合金车门冲压工艺主要是利用拉伸模具对金属车门材料进行磨具冲压，形成各类车门或工件半成品。

这种拉纤方式需要对金属性进行整体把控，而且因为拉抻过程会对模具产生一定压力，所以很容易造成磨具磨损，有可能产生工件误差。尤其是现代汽车开始应用铝合金材料后，传统拉抻模具更容易造成工件损伤。对此，重新设计工件磨具，图1为平板圆形筒件。

图1 圆形筒件模具示意图

根据图1可以看出，新的拉抻模具可以直接观测拉抻口，在拉抻过程中可以直接对铝合金工件拉抻厚壁和毛坯材料进行比较，所处新型的拉抻模具最大的优势在于可以直接控制铝合金冲压车门工件的薄厚度，并可以自主选择变薄拉抻和不变拉抻。其中变薄拉伸主要是通过调节凹凸模具之间的空隙进行实现，当间隙小于毛坯件厚度时，空心铝合金金属毛坯会形成侧壁较小的毛坯厚度冲压工件[2]。

2 铝合金板材影响因素分析及优化

现阶段汽车车门冲压工作中，铝合金板材冲压影响因素主要有以下几个方面：

2.1 铝合金材料特性的影响

因为铝合金材料具有鲜明的立体结构，并且在车门冲压成型操作过程中，在车门铝合金半成件温度升高的条件下可以大幅度提升铝合金敏感度系数m值，从而可以对铝合金材料成形性等进行改善[3]。

2.2 模具压力边的影响

利用优化圆角模具，可以大大的改变铝合金表面的应变力，在进行铝合金车门受力拉深过程中，通过表面拉深力的作用，很容易发生塑形形变。

通过对车门常用的5754和6111型铝合金材料，进行拉深测试，结果发现优化的圆形模具使车门表面半径下降至少6mm，而且在拉抻过程中，模具自身对车门拉伸力的影响都比较小，车门表面成型时受到的拉伸力整体下降比较平缓[4]。

3 车门压力边加载模式优化

3.1 恒定压力边加载模式

在车门冲压成型工艺中，压力边是整个工艺最重要的核心考量参数之一，它对铝合金材料车门成型过程中的金属流动和形变量对应数值的综合分布可以起到直接控制作用。

因为在铝合金材料成型过程中，一旦车门冲压形成的褶皱无法适应优化模具，就可以通过安装合适的压边进行直接设置。现阶段在铝合金材料的车门冲压中， 常用到的车门压边装置大多以刚性压边为主。

所谓刚性压边主要是指利用车门压力机上外设的动态滑块进行车门压边。在实际车门压深过程中，车门四周受到的压边力处于恒定状态，整体拉深效果更好。

从压边实际操作上来看，在车门拉深过程中对进行适当的压边力和冲压控制可以有效调节冲压车门，从而直接控制车门成品质量。

对于铝合金材料车门冲压成型压边力优化技术的研究，是当今材料板材研究的重点，铝合金车本的边压力，在铝合金板材车门冲压力形成的过程中有着非常重要的作用[5]。

3.2 破裂临界压边力

在对铝合金材料进行车门冲压成型，释放拉深力过程中，铝合金板材内部较为薄弱的中心区域大多为金属筒壁与车门凸模型的接触面。如果在车门冲压过程中，拉深力超过了铝合金最薄区域所能达到的最大应受力，整个车门的铝合金材料就会因为拉力过大而报废。所以可以通过POER-LE软件，提交对铝合金车门胚件进行整体测评，划分交界面区域，对其最大受力性进行参数测评。获取参数后，对拉抻力进行综合优化，保证整体受力均匀，防止因为拉抻力过大导致的胚件损坏。

4 结语

综合来看针对现阶段我国汽车行业来说，铝合金材料的应用技术和应用范围仍然还处在借鉴、研究的过程。目前我国虽然已经成为世界第五大汽车生产国和第七大汽车出口国，但是我国应用铝合金材料的汽车总量占总生产量比例不超过15%，所以未来必须在充分了解铝合金冲压性的基础上，从模具的制造、拉抻力的分布以及压力边等多个方面，继续对铝合金的应用进行更深层优化。

[1]吕萌萌,谷诤巍,徐虹,等.超高强度防撞梁热冲压成形工艺优化[J].吉林大学学报(工),2017,47(6):1834-1841.

[2]肖红波,蔡浩华.汽车前翼子板冲压成形工艺优化[J].锻压技术,2016(2):35-38.

[3]董娇,杨印安.基于稳健设计的冲压成形工艺参数多目标优化[J].模具工业,2017,43(9):22-26.

[4]周均,王勇.基于Autoform软件的冲压成形工艺参数优化[J].兵器材料科学与工程,2017(1):73-76.

[5]周杰,罗艳,王•,等.基于响应面的封头冲压成形工