新材料与工艺手册

[车身轻量化] 汽车覆盖件铝板冲压工艺研究

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发表于 2020-6-5 14:19:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

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【汽车轻量化在线】【摘要】铝板零件重量轻、强度高可以满足车身强度和轻量化要求,所以汽车覆盖件采用铝板替代钢板的应用是汽车轻量化的趋势之一;铝板的成形性、回弹、修边铝屑是目前铝板冲压过程中的工艺性难题。介绍了汽车覆盖件常用铝板的冲压工艺要求。
关键词:铝板;回弹;铝屑
1 引言
铝板(合金铝板)密度为2.7kg/dm3,约为钢板密度的1/3;在不降低汽车车身强度的前提下,采用铝板替代钢板,理论上可以实现最大40%的减重。汽车覆盖件采用铝板材可以起到节能降耗、绿色环保的效果,因而对铝板材零件的成形性、回弹、冲压铝屑工艺性问题的研究和分析是很有必要的。汽车覆盖件采用铝板的零件目前主要有发动机盖内外板、前后门内外板、背门内外板等零件,图1为某车型覆盖件采用铝板的零件。

图1 某车型铝板覆盖件零件

本文主要针对冲压大型覆盖件铝板冲压工艺进行研究。
2 汽车覆盖件常用的铝板与钢板性能比较
汽车覆盖件铝板材料一般包含5xxx系和6xxx系;铝板5系指铝镁合金,一般用于内板零件;铝板6系指铝镁硅合金,一般用于外覆盖件。表1为钢板CR5与铝板6系材质参数对比。
表1 铝板6系与钢板CR5材料性能比较

铝板、钢板材料性能的主要区别:
(1)铝板弹性模量是钢板的三分之一,回弹比钢板大。
(2)铝板材料断后延伸率、成形极限低于钢板,比钢板更容易开裂、起皱。
(3)铝板强度低于钢板,钢板改铝板料厚需增加约30%。
3 汽车覆盖件常用的铝板冲压工艺要求3.1 拉伸工艺
(1)拉伸深度尽量浅,考虑修边铝屑和成形性,拉伸侧壁拔模角建议值大于等于20°,特殊区域无法满足时可加大;凸模R要大于等于15mm,凹模R大于等于R10mm,如图2所示。

图2 拉伸模工艺截面

(2)拉伸筋采用圆筋、方筋、拉伸槛,走料部位拉伸筋采用圆筋;走料较多区域(>50),采用双圆筋,避免由于单筋阻力较大,走料产生铝屑,拉伸筋处尺寸如图3所示。

图3 拉伸筋处模具尺寸示意

(3)拉伸筋管理面,第一条筋里侧最小12mm,第一、二条筋之间最小10mm,里侧管理面强压0.15mm,第一、二条筋之间管理面强压0.05,凸模轮廓与压边圈轮廓间隙最小8mm,便于排气,如图4所示。

图4 凸模、压边圈轮廓距离,拉伸筋处管理面求

(4)外板工艺补充及翻边展开区,形状要平顺,尽量不做过拉伸,如图5所示。
(5)考虑后工序放件符型,拉伸凸、凹模放大为钢板零件的3倍,建议值0.15%~0.21%。
(6)铝板板料本身带润滑油,拉伸CAE分析摩擦系数建议值0.12~0.14。

图5 外板翻边处拉伸工艺截面

(7)铝板外板CAE分析,主应变要求大于0.02,次应变大于0,最大失效小于等于0.8。
3.2 修边工艺
(1)铝板件为控制铝屑,修边工艺优先采用二次切断,其次前后工序分序修边,不使用废料刀。
(2)铝板零件成形后回弹较大,修边工序下凸模,建议按照调试稳定后的拉伸零件逆向加工,提高工序件符型率。
(3)修边角度需控制在±15°以内,如图6所示。(4)修边立切角度最小20°,如图7所示。

图6 铝板修边角度要求


图7 铝板修边立切角度要求

(5)修边冲孔冲裁单边间隙选0.1t(t为料厚)。
(6)为减少铝屑,修边凹模沿型8mm处理,如图8所示。
(7)修边切入量2~3mm,修边刃口需0.2mm倒圆钝化处理,凹模刃口3mm以上做2°负角处理,铝板修边上模不允许波浪刃口,如图9所示。

图8 铝板修边凹模沿型处理


图9 切入量及刃口处理

(8)前后工序分序修接刀处处理,如图10所示。(9)修边刃口区需在量产前进行表面DLC处理,来减轻铝屑产生。

图10 前后工序修边接刀

3.3 翻边整形工艺
(1)铝板件,可拉伸成形的区域尽量通过拉伸来实现,避免二次成形,来控制回弹。
理学的建构使得原有的忠君观念上升到了“理”的高度,相较于先秦儒家的“以道事君,不可则止”、“从道不从君”来说,更显得苛刻。更何况靖康之后,国破家亡的切身之痛,使得忠奸之分、华夷之辩更加激烈,在这样的背景下,冯道无可避免地成为批判的标靶。
(3)外板多料、少料翻边、整形区采用夹料翻边整形,如图11、图12所示。

图11 夹料翻边


图12 夹料整形(比如后门外板B柱处整形)

3.4 铝板回弹处理
(1)回弹CAE分析必须在检具状态下,加产品RPS点或调模点进行CAE回弹分析,并根据分析结果进行整体或局部回弹补偿,补偿后再进行CAE分析,保证分析结果在产品公差范围内。
(2)回弹补偿采用根据最后工序回弹结果整体补偿拉伸的方式,见图13所示。

图13 回弹补偿思路

OP20修边工序型面先不加工,等拉伸及回弹调试稳定后再根据拉伸件逆向加工,OP30、OP40根据拉伸的回弹补偿数据进行型面加工。
4 结语
主要针对铝板覆盖件进行冲压工艺分析,找出最适合的成形工艺方法及修边工艺,借助于CAE仿真分析软件在前期产品设计阶段进行回弹分析,致力于提升产品质量,减少模具开发时间,模具开发部门根据铝板特性选择合适的冲压成形工艺进行模具开发制造。
汽车覆盖件铝板冲压工艺研究;作者赵子海,孟宇轩,刘英堂,曹长才,谭文娟,王 健浙江吉利汽车实业有限公司

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