文/鄭雄，馮永昌·浙江吉利控股集團(tuán)-路特斯項(xiàng)目研究院

隨著國(guó)家新能源車(chē)的大力發(fā)展，越來(lái)越多的白車(chē)身開(kāi)始運(yùn)用鋁合金零件替代傳統(tǒng)鋼板零件。這種替代有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：車(chē)身輕量化；提高燃油經(jīng)濟(jì)性；提高碰撞的安全性；減少尾氣，提高環(huán)保性。

根據(jù)鋁合金的發(fā)展趨勢(shì)，從最初的鋁機(jī)蓋，發(fā)展到外覆蓋件，目前已經(jīng)開(kāi)始往全鋁車(chē)身發(fā)展。為了應(yīng)對(duì)這種發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合車(chē)型項(xiàng)目開(kāi)發(fā)需要，研究鋁合金結(jié)構(gòu)件模具開(kāi)發(fā)勢(shì)在必行。

車(chē)身鋁合金的分類(lèi)

通常應(yīng)用于白車(chē)身的鋁合金沖壓件主要由5 系及6 系鋁制造，本文主要針對(duì)這兩種材料進(jìn)行研究。5系及6 系鋁主要根據(jù)添加的合金元素不同進(jìn)行分類(lèi)，5 系鋁主要是鋁鎂合金，6 系鋁主要是鋁鎂硅合金。

5 系鋁的特點(diǎn)為屈服強(qiáng)度較低、易成形、低的表面硬度、低的抗壓痕性、表面質(zhì)量較6 系差。6 系鋁的特點(diǎn)為高強(qiáng)度、良好的抗壓痕性、良好的表面質(zhì)量、硬化系數(shù)高。根據(jù)鋁合金的特性，6 系鋁在車(chē)身中的應(yīng)用主要集中在外覆蓋件，而5 系鋁集中用于車(chē)身結(jié)構(gòu)件。

鋁板沖壓的常見(jiàn)問(wèn)題

鋁板和鋼板沖壓最大的問(wèn)題是回彈、鋁屑、開(kāi)裂、起皺等，如何處理這幾大問(wèn)題，對(duì)模具開(kāi)發(fā)尤為重要。

⑴回彈。根據(jù)鋁合金的材料特性，其彈性模量為70GPa，鋼板為200GPa，鋁板的彈性模量約為鋼板的1/3，造成其回彈量約為鋼板的3 倍，給鋁板模具開(kāi)發(fā)帶來(lái)極大的調(diào)試難度。

鋁板的成形性分析受廠(chǎng)家的材料影響較大，SE分析之前必須明確鋁板廠(chǎng)家，由廠(chǎng)家或研發(fā)單位提供專(zhuān)用的材料卡。為盡量避免鋁板回彈，回彈補(bǔ)償時(shí)，盡量將鋁板回彈值分析到0.5mm 以?xún)?nèi)，之后再開(kāi)始后續(xù)工作。

鋁板相對(duì)于鋼板，對(duì)模具的研合率更加敏感，所以前期基礎(chǔ)工作對(duì)于鋁板首件尤為重要，模具研合率需做到位后才能出具體的整改方案。

⑵鋁屑。由于鋁板較脆，當(dāng)修邊刀塊刃入料厚的20%～30%的時(shí)候，板材就會(huì)被切斷，切斷過(guò)程中極易產(chǎn)生鋁屑。同時(shí)，切斷面凸起的部位(毛刺)會(huì)與上刀塊接觸，發(fā)生二次剪切。若間隙過(guò)小，毛刺會(huì)比較嚴(yán)重；而間隙過(guò)大，則修邊處板料塌陷會(huì)比較嚴(yán)重，合理的沖裁間隙對(duì)解決鋁屑和毛刺尤為重要。

⑶開(kāi)裂。鋁板延伸率約為23%，相比DC04 的軟鋼40%，在拉延或成形時(shí)更加容易產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。

優(yōu)化方案

工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)鋁板的特性，鋁制件產(chǎn)品設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足功能需求的前提下，拉延深度應(yīng)盡可能淺，造型過(guò)渡盡量平緩。由于鋁板出廠(chǎng)時(shí)自帶一層油膜，SE 分析時(shí)需調(diào)整摩擦系數(shù)，傳統(tǒng)鋼板摩擦系數(shù)為0.15，鋁板結(jié)構(gòu)件推薦使用0.14 進(jìn)行分析。

考慮鋁板的成形性問(wèn)題，產(chǎn)品拔模角度盡量保證在15°以上，凹凸模半徑R ≥10mm。鋁板較軟，使用傳統(tǒng)工藝的拉延筋，在走料過(guò)程中容易產(chǎn)生鋁粉，對(duì)于車(chē)身結(jié)構(gòu)件，盡量不要使用拉延筋，如需使用盡量保證R ≥3t(t 為料厚)，如圖1 所示。拉延筋管理面最小8mm，凸模輪廓與壓邊圈輪廓間隙最小5mm，便于排氣，如圖2 所示。

圖1 工藝補(bǔ)充面

圖2 鋁板管理面及凸模、壓邊圈輪廓間隙

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

⑴拉延模。根據(jù)鋁板的回彈特性，與前期SE 分析相比，鋁板的回彈在出件時(shí)較難控制，為提高模具整改的可行性，拉延模設(shè)計(jì)時(shí)推薦使用分體式，即凹模和模座分開(kāi)鑄造，方便前期通過(guò)降刻的方式進(jìn)行整改，推薦凹、凸模的型面厚度比鋼板增加10mm 左右。

⑵修沖模。修邊工藝優(yōu)先采用二次切斷，其次前后工序分序修邊，非特殊情況不允許使用廢料刀，特殊情況下使用廢料刀時(shí)，上模要使用浮動(dòng)廢料刀。修邊角度相比鋼板偏小，最好控制在±15°以?xún)?nèi)，如圖4 所示。

修邊沖孔沖裁單邊間隙選10%t(t 為料厚)，為減輕鋁屑產(chǎn)生，鋁板修邊切入量3mm，上模刃口3mm 以上做2°負(fù)角處理，且修邊刃口需進(jìn)行R0.2mm 鈍化處理，如圖5 所示。

圖3 鋁板拉延模典型結(jié)構(gòu)

圖4 鋁板修邊角度要求

圖5 鋁板修邊刀口設(shè)計(jì)

為防止鋁屑粘在刀口，上模刀口需進(jìn)行DLC 處理，沖頭需選用帶DLC 涂層的沖頭。鋁板密度為2.7×103kg/m3，廢料較輕，為保證鋁板廢料順利滑出模具，廢料滑出角度需大于30°以上，如需使用二級(jí)滑料板，二級(jí)滑料板的角度需大于15°以上。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)鋁板模具開(kāi)發(fā)過(guò)程中的典型問(wèn)題，前期可通過(guò)工藝優(yōu)化及模具設(shè)計(jì)優(yōu)化的方式，達(dá)到消除成形性及生產(chǎn)性問(wèn)題的目的。針對(duì)于鋁板的開(kāi)裂及起皺，前期分析及設(shè)計(jì)時(shí)主要通過(guò)改善拔模角度、凸凹模R 角、拉延筋的參數(shù)設(shè)置等方面進(jìn)行優(yōu)化。而對(duì)于鋁屑的問(wèn)題，主要通過(guò)改善修邊模刀口的間隙及樣式減少鋁屑，保證連續(xù)生產(chǎn)。