鋁具有重量輕（密度僅為鋼的1/3）、防腐蝕的特點(diǎn)，近年來(lái)，該材料被汽車(chē)領(lǐng)域所關(guān)注。另外，制作同樣的零件，鋼板厚度：鋁板厚度=1∶1.43；鋼板重量∶鋁板重量=1∶0.47；鋼板成本：鋁板成本=1∶2.33。 同樣的零件，如果采用鋁板制作，重量將會(huì)減輕一半以上，這對(duì)汽車(chē)輕量化是具有重大意義的（注：本項(xiàng)研究工作得到了上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的資助，資助課題編號(hào)為12QB1403500）。

除了上述優(yōu)點(diǎn)，鋁板也存在一些缺點(diǎn)，如拉延成形性差，不適合做深拉延；小的產(chǎn)品圓角容易引起拉延開(kāi)裂，出現(xiàn)表面缺陷；鋁板粘性大，修邊碎屑嚴(yán)重；鋁的彈性模量小，屈服強(qiáng)度低，使得鋁板回彈量難以控制，相似鋁板零件的回彈量大約是鋼板零件的3倍；鋁板材質(zhì)軟，易出現(xiàn)劃傷，對(duì)模具的表面光潔度要求極高；并且由于其材料成本高，鋁板覆蓋件一般只有在高端車(chē)型上才會(huì)應(yīng)用，以上這些問(wèn)題都成為開(kāi)發(fā)鋁板模具的難點(diǎn)與阻礙。

鋁板模拉延基礎(chǔ)造型

由于鋁板的抗拉強(qiáng)度只有鋼板的60%～70%，所以延展性較差。鋼板的拉延最大減薄率為25%，而鋁板單向拉深處拉延最大減薄率只為12%，雙向拉深處最大拉延減薄率為18%。鋁板必須通過(guò)合理的拉延模面造型，均勻地控制材料的流入量，優(yōu)化零件的減薄率，使其在特定的拉延條件下拉延出合格的產(chǎn)品。

圖1 某項(xiàng)目鋁板前蓋外板拉延造型

通常情況下，為了提高材料利用率，鋼板零件做工藝補(bǔ)充通常采用的側(cè)壁拔模角為10°，工藝補(bǔ)充凸圓角和凹圓角通常采用10°。而鋁板為了防止開(kāi)裂工藝補(bǔ)充的側(cè)壁拔模角要大于15°，工藝補(bǔ)充圓角要盡可能大。圖1為某項(xiàng)目鋁板前蓋外板拉延造型，圖2為采用有限元分析軟件得到的基于圖1造型的減薄率圖。

由于鋁板比較輕，并具有一定的粘性，因此，鋁板修邊碎屑比鋼板要嚴(yán)重。修邊碎屑若要被帶到零件上，則會(huì)引起零件表面質(zhì)量問(wèn)題。修邊碎屑通常是由修邊角度差而引起的，因此為了控制修邊碎屑問(wèn)題，鋁板的修邊條件較鋼板更為苛刻。對(duì)于鋼板來(lái)講，通常修邊角度在-20°～30°，對(duì)于鋁板零件，最優(yōu)的修邊角度為-10°～10°，為了滿(mǎn)足該修邊條件，在做拉延造型時(shí)，就應(yīng)將修邊線所在面做在合理的修邊角度內(nèi)，使修邊工序盡可能使用正修邊。

圖2 CAE變薄率

回彈的控制

零件的回彈主要影響因素為楊氏模量，楊氏模量越小，回彈則越大。鋁板的楊氏模量約為鋼板的1/3，因此相同工況下，鋁板成形后的回彈量約為鋼板的3倍。如此大的回彈量就需要設(shè)計(jì)合理的工藝，使材料流動(dòng)盡可能地均勻，從而降低零件的回彈量，提高零件尺寸的合格率。

零件的過(guò)拉延造型是影響零件回彈的一個(gè)重要因素，圖3為兩種不同的過(guò)拉延造型的CAE回彈對(duì)比。圖3a過(guò)拉延深度為1mm，上R角采用R10，下R角采用R20，經(jīng)分析，翻邊后的回彈最高點(diǎn)為7.25mm，最低點(diǎn)為-6.58mm，高低差達(dá)14mm。圖3b為過(guò)拉延深度加深至2mm，上R角采用R10，下R角采用R15，經(jīng)分析，翻邊后的回彈最高點(diǎn)為5.75mm，最低點(diǎn)為-5.18mm，高低差為11mm，圖3b較圖3a回彈降低了3mm，因此控制過(guò)拉延的深度是控制鋁板回彈量的手段之一。

另外，控制零件拉延的均勻減薄也是一種有效控制回彈的方法。引擎蓋風(fēng)窗處的凹坑造型可使零件外觀面的減薄率更為均勻。為了驗(yàn)證此處凹坑造型對(duì)回彈影響，本文分別做了有凹坑與無(wú)凹坑的造型，兩種造型的零件減薄率與翻邊后回彈結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，風(fēng)窗處有凹坑的造型的零件減薄率均勻性明顯優(yōu)于無(wú)凹坑的，此處的回彈值也小了1.1mm。此處的凹坑造型對(duì)風(fēng)窗處的回彈的控制是十分有效的。

圖3 不同過(guò)拉延參數(shù)與翻邊后回彈對(duì)比圖

圖4 風(fēng)窗處有凹坑與無(wú)凹坑造型的減薄率與翻邊后回彈對(duì)比圖

圖5 造型修改前后板料成形過(guò)程

圖6 造型修改前后沖擊線

這兩種通過(guò)造型的方法改善零件回彈的原理為：更深的臺(tái)階與更小的R角可阻礙外部的材料向外觀面流動(dòng)，使外觀面的材料拉得更透，材料的剛度變強(qiáng)，從而降低了零件的回彈量。

虎牙處沖擊線的控制

汽車(chē)外觀零件表面質(zhì)量非常重要，沖擊線即為表面質(zhì)量問(wèn)題的一種。板料在拉延過(guò)程中，凹模口圓角首先接觸板料，隨著板料向凹模中流入，凹?？趫A角在板料上留下痕跡，材料流入越多，痕跡越長(zhǎng)，這種痕跡就是沖擊線。如圖5所示，引擎蓋外板的虎牙處的外觀面相對(duì)其他部位的外觀面面斜度大，而工藝補(bǔ)充面又要滿(mǎn)足鋁板的修邊條件，造成外觀面與工藝補(bǔ)充面夾角較小，形成一個(gè)較尖的凸角，易留下沖擊線。

本文研究的引擎蓋外板拉延造型初始設(shè)計(jì)如圖5a所示，通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，這種造型使得此處的板料比較平緩，當(dāng)?shù)降浊?2mm時(shí)，虎牙處的凸角就已經(jīng)接觸板料，上模繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，材料滑過(guò)凸角，形成沖擊線，沖到外觀面上1.2mm，如圖6a所示。

為了解決沖擊線問(wèn)題 ，本文嘗試修改了此處的造型，將壓料面下降，分模線向產(chǎn)品靠攏，使成形中此處板料彎曲，從而使凸角接觸板料的時(shí)間延后，使沖擊線不沖至外觀面。如圖5b所示，造型的壓料面下降，板料相對(duì)于修改前變斜，此處凸角接觸板料的時(shí)間延后，沖擊線沒(méi)有沖至外觀面上，如圖6b所示，問(wèn)題得到解決。

結(jié)束語(yǔ)

本文以某項(xiàng)目引擎蓋外板為例，重點(diǎn)介紹了鋁板引擎蓋外板的拉延基礎(chǔ)造型方法、零件回彈的控制和局部沖擊線的控制，并通過(guò)有限元分析軟件驗(yàn)證結(jié)果，得出了鋁板引擎蓋外板拉延工藝的關(guān)鍵技術(shù)，解決了鋁板成形性差、回彈量大與表面質(zhì)量問(wèn)題，為鋁板覆蓋件沖壓技術(shù)提供了一定的借鑒。本次研究工作得到了上海市科學(xué)委員會(huì)的資助，資助課題編號(hào)“12QB1403500”。

鋁板引擎蓋外板拉延工藝

文/ 孫瀟女，王勇，李玉強(qiáng)，徐偉檢，楊思佳·上海賽科利汽車(chē)模具技術(shù)應(yīng)用有限公司模具制造部技術(shù)中心