孫志操

摘要：為了節(jié)能減排，不少的汽車制造的企業(yè)在實(shí)際的過程中會(huì)選擇把車身輕量化作為一項(xiàng)重點(diǎn)的工作推行。雖然鋁合金的K值略低于超高強(qiáng)度鋼，但隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場的擴(kuò)大，鋁合金的強(qiáng)度等逐漸在上升，價(jià)格也會(huì)逐漸占據(jù)一定的優(yōu)勢，競爭力也會(huì)逐漸提升上來。據(jù)實(shí)際的分析，用鋁板代替鋼板在一定程度上能夠使得車身的重量減輕很多，本文通過對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行一定的分析和研究想，希望能夠給相關(guān)的人員提供一定的理論性支持和實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：鋁合金;車身板件;超塑成形技術(shù);探討;分析;總結(jié)

在這樣的可持續(xù)發(fā)展的背景下，鋁合金薄板超塑性成形技術(shù)逐漸地發(fā)展起來，成為一種替代性的制造工藝，至今也不過十多年。因此，它仍是一項(xiàng)需要不斷改進(jìn)和推廣的新技術(shù)。傳統(tǒng)超塑性成形工藝速度慢、效率低、材料成本高的缺點(diǎn)，抵消了模具設(shè)備成本低的一些優(yōu)勢。例如，根據(jù)某鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)罩的技術(shù)成本模型，只有在年產(chǎn)量小于5000件時(shí)，常規(guī)超塑性成形方案才會(huì)比冷沖壓方案的經(jīng)濟(jì)效益高。在實(shí)際的發(fā)展過程中重點(diǎn)是需要改進(jìn)超塑性成形的高溫慢速特性，以滿足汽車生產(chǎn)的大批量生產(chǎn)和高生產(chǎn)率的要求;降低超塑性鋁合金板的價(jià)格，采用低成本的普通工業(yè)級(jí)鋁合金，如a518，適合汽車生產(chǎn)的低成本要求。板料超塑性成形和沖壓成形的工藝原理、設(shè)計(jì)原理和操作條件不同，不能作為工藝放入沖壓生產(chǎn)線中，應(yīng)單獨(dú)建立超塑性成形車間和自動(dòng)化生產(chǎn)線。

一、鋁合金超塑性材料的選擇

根據(jù)冷沖壓工藝，如歐洲使用的6016鋁合金和美國使用較多的6111鋁合金。5000系列主要用于車身內(nèi)嵌板等形狀復(fù)雜的零件。在高應(yīng)變率下，鋁合金的伸長率隨著應(yīng)變率的增加而增加，這使得鋁合金的保險(xiǎn)杠框架、鋼筋梁或側(cè)碰撞梁在碰撞中具有良好的吸能特性。5000系列鋁合金的顯微組織接近超塑性成形工藝的要求。為了獲得更好的超塑性性能，一些鋁合金公司在實(shí)際的發(fā)展過程中會(huì)通過改進(jìn)軋制工藝和化學(xué)成分，研制5083鋁合金板材進(jìn)行超塑性成形。5083片超塑性等軸細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸為10μm.通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果表明，超塑性溫度范圍是450-550℃，其最大伸長范圍是300%-480%。

為了將鋁合金超塑性成形技術(shù)進(jìn)行更好的應(yīng)用，只能對鋁合金板材超塑性性能的要求進(jìn)一步降低和完善。在實(shí)際的發(fā)展過程中尋找能夠滿足汽車零部件超塑性成形的要求且價(jià)格不太昂貴的普通工業(yè)級(jí)的鋁合金的材料，這是十分重要的問題。相關(guān)的研究人員在這方面費(fèi)了不少的功夫，在實(shí)際的發(fā)展過程中能夠在材料的超塑性和零件的成形要求之間達(dá)到一定的穩(wěn)定發(fā)展。

二、鋁合金車身零件的超塑性成形技術(shù)

工業(yè)級(jí)的鋁合金板的晶粒尺寸不是很細(xì)，超塑性性能不是很好。當(dāng)用于汽車車身面板或形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件的超塑性成形時(shí)，該材料的成形能力并不過剩。當(dāng)工藝設(shè)計(jì)不合適時(shí)，零件可能會(huì)斷裂。因此，有必要利用模具和工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)材料塑性能力的不足。具體操作步驟如下：首先，根據(jù)要成形零件的形狀設(shè)計(jì)模具型腔，包括要成形零件的形狀和工藝過程中必要的輔助曲面。對于同一零件，在設(shè)計(jì)不同的輔助曲面時(shí)，會(huì)有不同的模腔。為了獲得零件的最佳厚度分布，采用超塑性成形過程的數(shù)值模擬方法對模具設(shè)計(jì)和模具加工前的氣體膨脹壓力時(shí)間曲線進(jìn)行了優(yōu)化。最小壁厚值應(yīng)大于自由脹形試驗(yàn)中板材損壞時(shí)的最小壁厚，最小壁厚的位置應(yīng)盡量避開零件表面，出現(xiàn)在工藝補(bǔ)充表面上。

三、超塑性成形技術(shù)的改進(jìn)措施分析

3.1改進(jìn)超塑性成形的工藝

常用的板料超塑性成形是在實(shí)際的過程中將高溫的板料用氣體施壓進(jìn)而吹入到模具中。氣體膨脹壓力時(shí)間曲線對板料的變形速率和成形的速度進(jìn)行一定的控制。超塑性變形的速率特性決定其特性。在實(shí)際的發(fā)展過程中通過對超塑性成形工藝進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和完善能夠提高鋁合金薄板超塑性成形生產(chǎn)率。超塑性成形包括很多的步驟，每一項(xiàng)步驟都需要進(jìn)行認(rèn)真的實(shí)施，進(jìn)一步保證工藝的成效。

3.2縮短超塑性成形時(shí)間

提高生產(chǎn)效率還可以縮短超塑性成形時(shí)間。該方法的主要思想是通過沖壓與超塑性脹形的結(jié)合，縮短超塑性脹形的路徑，同時(shí)不削弱超塑性脹形的技術(shù)優(yōu)勢。由于沖壓工藝不要求低應(yīng)變率，常用的方法是通過沖壓形成零件的主要形狀，即預(yù)成形，然后通過超塑性脹形形成零件的細(xì)部形狀。預(yù)成形既可以單獨(dú)進(jìn)行冷沖壓，也可以與超塑性脹形同時(shí)進(jìn)行熱沖壓。兩者在效率上都有優(yōu)勢。在兩種成形過程中，板料的變形分布是不同的，它們之間存在著交替的趨勢。因此，這種復(fù)合成形工藝不僅有利于縮短成形時(shí)間，而且發(fā)展過程中能夠提高一定的生產(chǎn)的效率，在實(shí)際的應(yīng)用過程中能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提升和發(fā)展，促進(jìn)行業(yè)的進(jìn)步。

四、結(jié)論

在實(shí)際的發(fā)展過程中，大量的研究工作已經(jīng)完成鋁合金超塑性成形工藝的國內(nèi)外汽車身體部位，很多實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展改善鋁合金板材的超塑性成形速度和減少成本的鋁合金材料。在晶粒細(xì)化和超塑性的速度提高的方面都有一定的改善，研制出超塑性比較好的鋁合金;為降低材料成本，工業(yè)級(jí)的鋁合金車身零件的超塑性成形工藝也實(shí)現(xiàn)了一定的利用;為了使得成形效率得到一定的提升，人們對各種快速超塑性成形的方法進(jìn)行探索，最終選擇了超塑性鋁合金的工藝。近年來，我國國內(nèi)的汽車產(chǎn)銷量在實(shí)際的發(fā)展的過程中已是世界第一，高端汽車性能和質(zhì)量的競爭逐漸開始增強(qiáng)。這種發(fā)展態(tài)勢對我國汽車制造業(yè)的發(fā)展來說起到一定的促進(jìn)作用，在實(shí)際的發(fā)展過程中能夠滿足鋁合金車身零件超塑性成形的技術(shù)需求。相信在未來的發(fā)展過程中，研究人員通過不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新，其行業(yè)的發(fā)展必定會(huì)給人們的生活帶來更多的便利。

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