（安徽江淮汽车集团股份有限公司 安徽合肥 230601）
摘要：铝合金与传统钢板冲压加工过程中，材料性能存在明显差异，导致其冲压成形机理和规律都不相同，因此，铝合金板材成形开发和应用需要通过不断实践，找到适用铝合金本身特点的冲压工艺方法。
关键词：铝合金；冲压成形工艺；应用
引言
近年来，世界各国逐渐制定和更新了本国汽车产业发展规划排放标准。为了实现我国政府制定的减排目标，许多汽车制造企业逐渐将研究重点转移到了降低产品能耗、减少污染与提高燃料经济性上来。以铝合金冲压成形为研究对象，对具体材料选择方法和成形工艺进行研究。
1铝合金冲压件在汽车车身上的应用
铝合金冲压件基于轻量化特点，通常被用于制造车身外板覆盖件，例如发动机盖、顶盖和车门外板。在汽车内外板制作过程中采用铝合金板代替钢板可使车身减重约40%～50%；如采用铝合金覆盖整车，将减重10%～15%[2]。可见，利用铝合金冲压件制造车身，具有十分显著的减重效果，所以说明铝合金在汽车轻量化应用方面具有广阔的市场前景。
德国大众AudiA8、A2以及日本的NXS等车身都采用了铝合金制造，雷诺Lagunall的发动机盖、顶盖和车门外板也都使用了铝合金。目前，国内汽车厂家对铝合金材料的需求不断增加，很多国内自主品牌也在开始使用铝合金覆盖件代替传统钢板。随着国内汽车工业不断发展，汽车轻量化推进速度将不断加快，未来铝合金冲压件在车身制造中的应用比例将不断增加。
2铝合金板冲压成形性能测试方法
2.1单向拉伸测试
为了评价板料的力学性能和冲压成形性能，采用了一种常见的单向拉伸试验。在铝合金板材塑性变形过程中通过单向拉伸试验，可以测得其的应力-应变曲线，从而直接观察出所选材料的应力应变关系。按照国标GB/T228-2002，采用的单向拉伸试验试样的板材厚度设置为1mm，尺寸设置为20mm×50mm，试样的尺寸和实物分别如图1和图2所示。
3铝合金冲压成形工艺
冲压成形工艺要求板材必须具有较高的强度与良好的塑性及贴膜性能。铝合金通过热处理，抗拉强度可以达到700MPa，但铝合金在室温条件下塑性低于钢板材料，而且高屈服强度低弹性模量会产生较大回弹，贴膜性差，导致铝合金冲压成形性能低于传统钢板，例如抗拉强度为300MPa的T3、T4态铝合金板材伸长率只有25％，而同样强度软钢的伸长率则可达42％，是铝合金的1.68倍[3]。所以，必须优化铝合金板材冲压成形工艺，才能保证铝合金成形效果满足生产要求。
铝合金与钢板具有不同材料特性和成形性，其塑性变形能力比钢板要差，导致其冷冲压成形性能难以完成复杂形状产品成形；铝合金板材成形对零件外形设计的影响体现在铝低应变速率敏感性上，不能在轮廓清晰局部面积上产生剧烈的变形。所以，铝合金冲压设计必须通过适当的成形工艺调整，如增大凹模圆角半径、增大压边力、调整拉延筋位置和分布。
另外，铝合金板材在成形过程中极易发生变形，因此在模具结构设计过程中，必须考虑到冲压件定位的精确性和稳定性，通常采用导腿+导柱复合导向措施，并通过弹性压料等形式使铝合金冲压件在加工过程中被稳定地约束在模具上。铝合金在室温条件下成形性较差，而且成形后回弹也比较大，这成为影响铝合金冲压成形应用的最大阻碍。目前，国内外很多公司都在研究如何通过热成形技术改善铝合金成形性能，从而提高产品质量和精度，但热成形要增加后续热处理工序，导致加工成本和周期大大提高，因而铝合金成形工艺优化有着很重要的意义。
4铝合金冲压件车间生产与维护
根据铝合金板材特点，生产车身外覆盖件时，自动化生产线必须减少其他外在因素对产品产生影响，保证冲压件生产稳定。铝合金冲压件模具在现场的检修频率要高于钢件冲压模具，钢件一般生产10万件左右需要检修一次，而铝合金冲压件每生产3～5万件就需要进行检修。另外，由于铝合金材料相变温度较低，存放时容易失效硬化，屈服强度增加，导致成形性降低，因而生产前需要对铝合金板材性能进行确认。铝合金表面容易氧化，不可露天存放，需要进行特殊包装。一般情况下，冲压用铝合金板材会要求厂家在表明覆塑料膜，这样既能够避免表面存放时发生氧化问题，又可以避免搬运过程中出现磕碰，导致面品划伤。
5冲压成形性能的结果对比与分析
5.1拉深性能的分析
在80t开式可倾压力机上进行了筒形件的拉深变形程度试验，拉裂5754和6061铝合金板坯料试样。对于5754铝合金板来说，测得拉裂时其毛坯直径为92mm，拉裂消失时为91mm。对于6061铝合金板来说，测得拉裂时其毛坯直径为73mm，拉裂消失时为72mm。dp=49.5mm，通过式（1）得出，L.D.R.（5754）=1.83，L.D.R.（6061）=1.45。因此，相比6061铝合金板来说，5754铝合金板的最大拉深变形程度更好。
5.2单向拉伸性能分析
通过单向拉伸试验获得的0°、45°、90°等3个方向上，铝合金板5754和6061的真实应力-应变关系曲线，分别如图3和图4所示。可以看出，铝合金板5754发生变形时，会出现一定的局部塑性。在拉伸变形过程中，5754铝合金板试样不断出现“屈服微区”，即变形具有不均匀性。这会导致成形件表面不光滑，直接影响了在喷涂后的美观效果，因此5754铝合金板只能适用于车身内部件的生产制造。5754铝合金板没有显著的屈服区域，可以适用于车身外部覆盖件的生产制造。
结束语
相关研究表明，汽车重量每降低100kg，油耗就减少0.77L/km。因此，要实现节能减排，减轻汽车车身重量非常重要，因此轻量化设计是目前全球汽车业可持续发展的关键[1]。汽车轻量化要求寻找新的轻型结构材料取代传统钢铁材料。与传统钢铁材料相比，铝合金质量要比钢轻60%，并且同样可以达到力学性能要求。另外，铝合金车身还具备节能、环保、回收率高等优点，受到了汽车制造厂商的青睐，所以使用铝合金代替钢铁材料，从而达到节能减排目的，已成为各国汽车制造商的主要技术手段。
参考文献
[1]张国峰.汽车铝合金板冲压成形工艺与预时效处理工艺研究[J].南方农机,2017,48(18):58.
[2]廖仲伍.铝合金汽车车门冲压成形工艺研究[D].湖北工业大学,2017.
[3]沈智.6014铝合金温热冲压成形性能与工艺研究[D].机械科学研究总院,2017.
[4]任静.6061铝合金板材冲压成形回弹问题研究[D].华中科技大学,2017.
论文作者:戴丽娟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/26
标签：铝合金论文; 板材论文; 车身论文; 工艺论文; 性能论文; 冲压件论文; 材料论文; 《基层建设》2019年第7期论文;