眾多金屬材料中，鋁合金因質(zhì)量輕、強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)成為了汽車(chē)減重材料的重要候選之一。鋁合金與鋼材相比，在延伸率、塑性比以及常溫成形性能方面都存在差距，其沖壓成形充滿(mǎn)挑戰(zhàn)：
① 成形極限低于鋼材，容易導(dǎo)致加工過(guò)程中鋁合金應(yīng)變集中區(qū)出現(xiàn)破裂； ② 鋁合金的彈性模量比極低，這樣一旦在接受沖壓的零部件出模后就會(huì)出現(xiàn)較明顯的回彈，抗性減低。因此，開(kāi)展鋁合金板沖壓成形性能的研究十分必要。 1、汽車(chē)鋁合金板材的沖壓成形工藝 1.1 專(zhuān)用的板材沖壓軟件Dynaform Dynaform 軟件是專(zhuān)業(yè)的薄板材料沖壓成形與模具設(shè)計(jì)CAE 工具，由處理單元與求解單元兩大組群，而處理單元可具體分解為前、后處理器，這樣的構(gòu)造能夠?qū)Σ煌饘侔宀慕邮軟_壓工藝后所誘發(fā)的破裂、起皺、回彈等缺陷進(jìn)行合理監(jiān)測(cè)，并科學(xué)確定位置，能對(duì)整個(gè)板材成形工藝提供較為準(zhǔn)確的參考，為板料成形及模具設(shè)計(jì)提供計(jì)算機(jī)輔助操作的幫助。 1.2 鋁合金板件的有限元模擬 首先建立鋁合金板件的成形極限三維數(shù)學(xué)模型，將建模后產(chǎn)生文件導(dǎo)入Dynaform 軟件數(shù)據(jù)庫(kù)；然后Dynaform 會(huì)利用自生網(wǎng)格功能標(biāo)識(shí)實(shí)體模具與胚料的網(wǎng)格；利用常規(guī)設(shè)置的靈活性完成相關(guān)凸模設(shè)置，并確定胚料與模具的參數(shù)設(shè)置取值提交至處理器中進(jìn)行求解。 通過(guò)前期的建模與設(shè)置參數(shù)可知，影響板材成形的參數(shù)主要是溫度與速度。在軟件的模擬試驗(yàn)中，只能對(duì)板材的變形溫度或模具的溫度進(jìn)行控制。在模擬中，鋁合金汽車(chē)零部件的圓角變形量最大，但由于板材較為敏感導(dǎo)致成形較快，并未出現(xiàn)破裂。整個(gè)模擬結(jié)果可看出，鋁合金零部件在法蘭處的厚度變化明顯較小，但其他部位均出現(xiàn)了應(yīng)變，與厚度的變化規(guī)律相一致。 1.3 鋁合金板件的沖壓成形物理試驗(yàn)分析 在物理模擬試驗(yàn)中，可采用剛性凸模開(kāi)展試樣的脹形試驗(yàn)，屬于高溫成形工藝，因此可忽略模具與試樣之間的摩擦。在物理試驗(yàn)中，將試樣均勻嵌于模具與壓邊圈之間，并且調(diào)節(jié)一定標(biāo)準(zhǔn)的壓邊力來(lái)壓實(shí)壓邊圈，通過(guò)凸模的運(yùn)動(dòng)使得試樣中間區(qū)域隆起，觀察隆起區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)圓是否出現(xiàn)起皺或破裂。 若有異常缺陷頻現(xiàn)，則凸模的施壓運(yùn)動(dòng)停止，對(duì)試樣變形后的表面可見(jiàn)網(wǎng)格圓進(jìn)行測(cè)量，準(zhǔn)確記錄其長(zhǎng)短軸的尺寸，并根據(jù)相關(guān)公式完成變形極限應(yīng)變量的運(yùn)算。此次物理試驗(yàn)中的壓邊力范圍為80～150kN，一旦出現(xiàn)模具圓角的起皺現(xiàn)象或試驗(yàn)側(cè)邊劈裂，或出現(xiàn)臨界網(wǎng)格圓不合理，則需要重復(fù)開(kāi)始試驗(yàn)。 2、汽車(chē)鋁合金板材的預(yù)時(shí)效處理工藝 鋁合金板件廣泛應(yīng)用在追求輕量化改造的汽車(chē)車(chē)身，該類(lèi)板件表現(xiàn)出優(yōu)異烤漆硬化性能。最初鋁合金在接受固溶處理并經(jīng)自然時(shí)效后并未取得良好的板材烤漆硬化性能，說(shuō)明該材質(zhì)板件必須在接受固溶處理后，及時(shí)有效地完成預(yù)時(shí)效處理，才能在后期的人工時(shí)效操作中實(shí)現(xiàn)超高烘烤硬化性能。 2.1 汽車(chē)鋁合金板材的固溶處理 對(duì)于鋁合金的固溶處理，主要應(yīng)注意保持鋁合金科學(xué)固溶溫度保持在500 ～ 600℃，經(jīng)過(guò)半小時(shí)的保溫處理后進(jìn)行水淬。固溶處理結(jié)束后，鋁合金板件的試樣硬度將會(huì)出現(xiàn)明顯的變化，通過(guò)試驗(yàn)可知固溶處理時(shí)長(zhǎng)越久，試樣的硬度越是提升。 不少工程實(shí)踐表明，鋁合金在人工時(shí)效下的烘烤硬化性能表現(xiàn)因自然時(shí)效的存在而變得不夠穩(wěn)定和明確。究其原因或許是自然時(shí)效下的原子團(tuán)未在高溫溶解，由于室溫下的原子團(tuán)類(lèi)似于初始合金成分，使得時(shí)效析出相順序有所變化，降低了固溶態(tài)的能量，抑制了原子遷移。 2.2 固溶處理后的預(yù)時(shí)效工藝 合金硬度與預(yù)時(shí)效時(shí)長(zhǎng)關(guān)聯(lián)緊密，后者數(shù)值越大，前者的增長(zhǎng)越快。為確保汽車(chē)鋁合金板的沖壓塑性不會(huì)收沖壓前硬度提升的影響，則應(yīng)選擇在滿(mǎn)足要求的預(yù)時(shí)效狀態(tài)范圍內(nèi)。 2.3 預(yù)時(shí)效對(duì)鋁合金板材性能的影響 預(yù)時(shí)效處理必然會(huì)對(duì)鋁合金材質(zhì)板件的微觀結(jié)構(gòu)造成影響，人工時(shí)效處理后鋁合金板材會(huì)快速析出分布均勻的兩相，板材的烘烤硬化時(shí)效為180℃，半小時(shí)，因而處于欠時(shí)效狀況。 合金的人工時(shí)效將隨著預(yù)時(shí)效的處理結(jié)束變得更強(qiáng)，快速響應(yīng)析相與均勻化需求激勵(lì)。在預(yù)時(shí)效處理的DSC 測(cè)試中，可從DSC 曲線中讀出其中的吸熱與放熱峰的存在，并從某些溫度測(cè)定的異態(tài)來(lái)看，人工時(shí)效與預(yù)時(shí)效之間，后者可確切影響到前者，并會(huì)提升人工時(shí)效析相及均勻化速度，提高板件的烤漆硬化效果。 3、結(jié)束語(yǔ) 汽車(chē)鋁合金板在變形溫度達(dá)到350℃后，成形質(zhì)量較高，未出現(xiàn)破損，板材減薄率處于安全區(qū)間。文中通過(guò)有限元模擬與物理試驗(yàn)分析，開(kāi)展了鋁合金的溫?zé)釠_壓成形研究，并在后期研究預(yù)時(shí)效處理工藝中，證實(shí)鋁合金板經(jīng)合理參數(shù)的預(yù)時(shí)效處理后可提升合金烘烤硬化效果。 沖壓模具視覺(jué)監(jiān)測(cè)可以有效檢測(cè)連續(xù)沖壓模具的料帶是否輸送到位，是否發(fā)生堵料疊料等等情況，有效減少壓模，保護(hù)沖壓模具，降本增效，提高工廠自動(dòng)化水平；同時(shí)可以對(duì)沖壓件存在的外觀缺陷進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)。