基于Autoform铝合金车门外板温热冲压成形数值模拟研究

胡仕成 张继灵

摘 要：在室溫条件下，铝合金的成形性较差，而在温热条件下将改善成形质量，本文将采用有限元软件AutoForm对7075铝合金车门外板温热成形过程进行数值模拟，以最大减薄率和最大起皱评判值为评判标准，成形温度在300℃时，探究压边力、冲压速度、摩擦系数、模具间隙等因素对成型质量的影响，采用正交试验优化，得到温热成形最优工艺参数，零件的最大减薄率为22.3%，最大起皱评判值为1.6%。

关键词：车门外板;铝合金;数值模拟;温热成形

引言

近年来，汽车工业得到飞速发展，日前已经成为我国经济发展的支柱型产业。车门是汽车的主要零部件之一。车门外板属于板料成形中工艺复杂、成形难的薄板件[1]，车门外板冲压成形过程容易出现拉裂、起皱等质量问题，因此需要控制车门外板减薄率和起皱率[2]。

随着全球能源危机问题以及环境污染问题的日益严重，汽车的轻量化研究逐渐成为热点问题，汽车轻量化能够有效节约油耗和减少排量，铝及铝合金是当今社会汽车轻量化的首选材料[3]，7000系铝合金在室温状态下延伸率较低，成形性相对较差，在冲压过程中会出现破裂、起皱等缺陷[4，5]， 适当提高成形温度，可以改善铝合金的成形性能，本文将研究成形温度在300℃时，得到压边力、冲压速度、摩擦系数、模具间隙最优参数组合。

1模拟分析

1.1车门外板结构特征

使用UG 建立汽车车门外板的几何模型如图1.1所示，零件外形尺寸为 1090mm×610mm，材料厚1mm。与其他汽车覆盖件相比，车门外板厚度较薄，车门外板的形状由多个曲面组成，结构较复杂、外观要求高、空间的轮廓尺寸较大、结构不规则且没有对称性，因此车门外板成型工艺的设计、模具设计制造等方面难度都比较大。车门外板外观要求较高，需要控制其开裂、回弹、起皱等缺陷。

1.2有限元模型

在UG中完成车门外板三维模型的建立并将其导入到 AutoForm 中，建立拉延工序仿真模型，在 AutoForm 中选择合适的冲压方向，添加随形的压料面和合适的工艺补偿，本文将在成形温度处于300℃时，探究压边力、冲压速度、摩擦系数、模具间隙等因素对成型质量的影响，因此需要设置温度为300℃，并依次设置压边力、冲压速度、摩擦系数、模具间隙等工艺参数，划分网格后，有限元模型如图1.2所示

1.3材料模型

材料采用7075铝合金，厚度选用 1mm，不同温度下该类合金的塑性阶段真应力-真应变曲线如图1.3所示，具体力学参数如下表 1.1 所示。将参数导入到AutoForm 中完成材料模型的建立。

2模拟成形结果

成形温度为 300℃时，通过对压边力、冲压速度、摩擦系数、模具间隙等参数设计正交试验进行优化，得到温热成形最优工艺参数为：压边力1000KN、冲压速度为2000mm/s、摩擦系数为1.5，模具间隙1.1mm，温度为 300℃时最优工艺参数数值模拟结果如图2.1、2.2所示，板料最大减薄率为22.3%，最大起皱评判值为1.6%。

3结论

本文利用 AutoForm 软件进行冲压分析模拟，研究车门外板在300℃成形时，通过对压边力、冲压速度、摩擦系数、模具间隙等参数设计正交试验进行优化，得到温热成形最优工艺参数为：压边力1000KN、冲压速度为2000mm/s、摩擦系数为1.5，模具间隙1.1mm，此时最优工艺参数数值模拟结果：最大减薄率为22.3%，最大起皱评判值为1.6%，符合成形质量要求，解决了7075铝合金车门外板室温下成形质量缺陷，为今后汽车覆盖件的温热成形工艺提供参考。

参考文献：

[1]胡蕾. 铝合金车门外板冲压成形工艺设计与工艺参数稳健优化[D].湖南大学，2014.

[2] 陈宇. 基于SMT的车身覆盖件成形工艺参数设计方法研究[D]. 湖南大学， 2019.

[3] 郑晖， 赵曦雅. 汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用[J]. 锻压技术， 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]顾瑞瑩. 基于热冲压工艺的7075铝合金板材高温拉伸性能及成形极限研究[D].上海大学，

[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.