铝合金汽车制件的冲压工艺及模具设计

・现代汽车模具制造技术・

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现代汽车模具制造技术专题

【编者按】随着汽车工业的快速发展，我国汽车模具的设计与制造水

平也有了一定的提高。但相对于工业发达国家，我国汽车模具水平还有一定的差距。为使我国汽车模具尽快赶上发达国家的水平，本刊特推出“现代汽车模具制造技术”专题，挑选了一些与汽车模具相关的技术文章，供大家参考。希望从事汽车模具的科研及技术人员，积极学习，踊跃投稿，共同探讨，为我国汽车模具的发展尽一份力。

铝合金汽车制件的冲压工艺及模具设计

王

晨

成飞集成科技股份有限公司，四川成都６１００９２

【摘要】通过对某型车以铝合金为材料的制件成形工艺的分析，提出了可行的冲压工艺和模

具设计方案，并对实施中出现的具体问题作了处理和归纳，总结了铝合金的一般成形特性．．

关键词：汽车结构件；冲压工艺；铝合金；模具设计

中图分类号：ＴＧ３８６．３２

文献标识码：ＢＡｎａｌｙｓｉｓ

文章编号：１６７１－３５０８—２００８－１２—２１—６４９ａｎｄＤｉｅＤｅｓｉｇｎｆｏｒ

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１

引言

随着汽车工艺的发展，节能和环保日益成为人

车用铝合金的使用量在一些高端汽车中快速增长，

铝合金具备良好的机械性能和的低密度，具有ｊ叭岛

温，抗腐蚀和抗蠕变性能，在减轻汽车重量前提下，完全可以满足汽车性能的要求。尽管铝合金压铸件

们关注的对象，汽车轻量化对于提高燃料效率、防止

ＣＯｚ排放所造成的环境污染显得尤其重要。汽车轻量

化实质就是车用材料的轻量化，在保证足够结构强

是汽车工业关注的焦点，但一些结构件甚至是外板件也在尝试使用这一类的材料进行冲压成形。本文通过对典型的铝合金结构件进行分析，总结了铝合

度的前提下，复合材料、高强度钢板、铝镁合金等新材料的使用在其中发挥了相当大的作用。近年来汽《模具制造）２００９年第２期万方数据　

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金的一般成形特性。

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ＤＣ钢的一半，成形时须考虑足够的给料、工艺补充州’

考虑材料流动尽量少爬坡、少弯折，便ｊ二成形及减’；．

２制件及材料性能分析

２．１

冷作硬化和板料变薄趋势；从硬度和抗拉强，妻叠衍，硬铝和软铝之间，可以作为冲裁间隙、回弹筠度确。。芷的参照，同时制件表面质量要求高，在模具材料矬辩』上要注意减少制件表面划伤。

制件分析

图１所示为某型家用轿车结构制件，该制件为铝

合金厚板件，形状较独特，成形难度大，精度要求高。同时该制件模具的开发周期短，有较高的技术及制造难度，缺乏类似经验可供借鉴，方案实施风险较大。

３冲压方案的确定

３．１

方案分析

根据制件特点，有拉伸和成形两种方案“ｊＩ虹迭

ＲＰＳ点

择。拉伸方案材料可控，但端面拉伸后须采用两次删

修边，交接困难，工序较长。成形方案存在翻边叠料风险，但可以简化工序内容。

方案一：拉伸（ＯＰＩＯ）叶修边（ＯＰ２０）一翻边（ＯＰ３０）－－＊侧修边冲孔（ＯＰ４０）一侧修边冲孔（０Ｐ５０）一，

侧冲孔压窝（ＯＰ６０）。如图２所示。，

方案二：落料冲孔（ＯＰ０５）一成形（（＿）¨０ｊ’，修ｊ７』

点

图１

冲孑Ｌ（ＯＰ２０）一翻边整形（ＯＰ３０）＿侧修边侧冲孔

（ＯＰ４０）－－－＊倾４冲孔压窝（ｏＰ５０）。如图３所示。

家用轿车结构制件形状

制件定位基准ＲＰＳ点为侧面６７ｒａｍ孔、一处

６８ｒａｍ孔以及顶面一处４，Ｔｒａｍ孔。翻边面上有５处冲孔、２处压窝凸台。２－４，８ｍｍ孔、２—４，８．２ｍｍ凸台及

４，７ｍｍ孔有较高位置公差要求，只能采用侧冲；２—４，８．２ｒａｍ压窝是凸向外部，斜楔将设计为往复式才能实现。制件顶面有３处冲孑Ｌ，冲压方向有２０。夹角，且２－４，７ｍｍ孔位置公差要求较高，必须分在两序上完

成。制件轮廓线公差为±０．５ｒａｍ，因此２．５ｍｍ厚的板料要求冲裁方向修边展开面不能有太大的斜角。端面翻

图２拉伸方案示意图

十

边很高（５２ｒａｍ），圆角偏小（Ｒ６ｍｍ），材料在端头的流

人量是否足够有待进一步分析。拉伸如果不能成功，

上

图３成形方案示意图

能否大胆采用整体翻边必须认真考虑。２．２材料性能

制件材料为ＥＮ４８５一ＡＷ一５７５４—０／Ｈ１１１，料厚为２．５ｍｍ。该材料为德国牌号，ＥＮ一４８５一ＡＷ是铝材料的

３．２

ＣＡＥ分析

为验证方案的可靠性，分别对两种方案的成形ｊ．

性能标准号，５７５４对应的化学符号标志系统代号为

Ａ１Ｍ９３，Ｏ／Ｈ１１１为材料状态标志，Ｏ为退火态，Ｈ１１１为最终退火后又适量加工，但硬化程度很小，不及

Ｈ１

艺进行ＣＡＥ分析。

方案一，在制件端面ａ处出现拉裂现象，ｂ处材料

变薄率达到了３０％（见图４）。对拉伸板料进行剪裁，

同时对压料力进行调整后端头开裂现象得到改善，但材料变薄还是超标，且在同一成形区域出现明显起皱趋势（见图５）。

《模具制造＞＞２００９年第２期

１。材料力学性能为：巩＝１９０～２４０ＭＰａ；ｏｒ０．２≥８０ＭＰａ；

６≥１６％；ＨＢＳ＝５２。与常用的汽车结构件材料进行比较发现，该材料抗拉强度不高，但厚度较大，延伸率只及

／

．

２．

万方数据　

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可行性较大，对于该方案的一些缺点ⅡＪ＿以在Ｌ守发摇中予以避免或者改善。

（１）成形定位不可靠。处理措施：落料时任材料基本没有流动的部位冲制定位孔（见图８）。

（２）端头翻边材料有堆积想象。处理措施：凋整搭料轮廓，通过软件精算并在冲压过程中试验确定

（３）翻边断面有精度要求，与型面垂直度不易保证。处理措施：修改落料轮廓（见图８），在后］．：序增ＪＪｉｊ

图４拉伸方案成形分析

局部斜楔修边工序，同时可以完成斜楔冲孔。

定位孔

落料线

＜≮

＼

７

《≮

图５调整拉伸板料后的分析

叉

图８落料形状

方案二，制件端面采用两次成形，第一次成形顶部较深的凹槽，第二次完成沿周翻边（见图６）。该制件翻边形状较特别，特别是端头翻边面高不易控制，侧面翻边断面有精度要求。成形分析后发现，翻边后端面ｃ处、ｄ处（见图７）材料变厚，有堆积现象。调整修边线后重新计算，仍有变厚趋势，积料形状有所改善。

４方案实施及问题总结

该方案在实施过程中，由于本身一些不能两全的

地方，以及首次接触到该材料的冲压，经验尚待总结，

因此还是反映出了一些现场问题。

（１）落料线与修边线交接不好：落料是平板状态，修边是在一次拉伸之后进行，由于要照顾到大面，使

得与落料线交接段有１５。夹角。小于３（）。的斜面对修边

刃口影响不大，但对于厚板料的冲裁断蚓则出现梭等

（见图９）。也曾考虑过落料出全部轮廓，但由：ｆ成形的

修边线不易控制，特别是二次翻边更是如此，定位时

图６翻边分析状态

工件可能有微量位移。针对这种情况，通过增加交接工艺缺口使之得到改善。

料

图７翻边局部积料

图９修边断面

３．３方案确定

通过两种方案的对比，可以看出按照方案二实施

（２）翻边镶块上出现积屑：在冲压到．一定数量后，

３

《模具制造））２００９年第２期万方数据　

．

．

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翻边工序件的翻边面上出现一定程度的划伤。检查后发现，翻边镶块淬火硬度和表面粗燥度值均满足设计要求，划伤是由于该铝合金材料硬度不高，冲压过程

．现代汽车模具制造一。

（６）冲裁断面：根据材料的性能，按铝材奁｝ｌ，｛击咿｝冲裁最小间隙为０．０９ｒａｍ，但实际情况反映，冲裁端ｌ强光亮带达到了７０％～８０％，该间隙偏小。逐渐磨一’ｈｎｆ摸

中有较严重的发热现象，在凹模镶块上烧结出现了积

屑所至。在清除掉积屑后，冲压时加上润滑油划伤得到了暂时解决。针对这类现象，要求对镶块进行表面ＴＤ强化处理。

（３）压窝状态不理想：侧冲压窝时发现压窝尺寸未达到图纸要求（见图ｌＯａ），凸模尺寸考虑的是料厚等距，实际冲压时该材料局部胀形性能不佳，导致凸

尺寸，最终试出合理单面冲裁间隙应为（ｊ．２ｒａｍ（半：㈨！ｔ＝２．５ｍｍ）。废料切刀处由于修边有先后，产牛ｒ牟妙。。＿＃的塌角（见图１１）。通过减小刃Ｌ］高差、提商州”球千ｌ』程度情况有所好转。对软而厚的材料而言要彻底消除塌角，建议在以后模具设计时改为图１２所示废料切州

形式较为合适。

凹模刃Ｌ

Ｊ

台外形没有压出。通过重新设计凸模尺寸进行试冲，

达到图１０ｂ所示尺寸时状态比较理想。

（ａ）（ｂ）

图１０斜楔压窝形状

（４）修边线确定困难：修边线除第１条所述问题外，还存在ｃ、ｄ区域（见图７）翻边形状确定困难的情况。该处由于翻边变化大形状特殊，大量材料在此处

５

图１２废料切刀

结束语

通过对比分析、ＣＡＥ计算确定的冲压工艺方案，

进行了挤压，很小的一点调整将引起翻边后ｃ、ｄ区域较大的变化，左右区域调整的不均匀，会引起ｅ端面

的倾斜。因此，该处修边线的调整要逐步进行，多取一

经过实际生产过程的验证，冲压出了合格的制件■：寸精度和表面质量达到了设计要求（见图ｌ３）繁体黼

边成形的设想，为同类型制件冲压方案的确定提供ｊ’思路。铝合金材料的应用前景十分广泛，列Ｊ｜陔倒栩首次接触的经验总结将为后续项目的顺利：荚施摊洪参考。

些控制点，多试几轮，确保轮廓符合检具以及ｅ处端

面平行。

（５）制件的回弹：根据材料的性能，查出制件翻

边后的回弹角度在３。－５。之间，因此在方案制定时翻

边工序考虑了２０回弹角。但冲压实际情况却反映翻边回弹却不足１０，局部还出现翻边包紧凸模的现象。

为进一步证实，选取同一材料的典型制件做试验，发现在Ｒ／ｔ＝２～３的情况下，反而有１。一２０的负向回弹，

回弹角随Ｒ的加大而减小。因制件翻边Ｒ不允许更改，通过适当加大翻边间隙使翻边形状达到了要求。

该种材料的这一性能在今后模具设计中应事先给予

考虑。

图１３最终产品

．４．

万方数据　

《模具制造）２００９年第２期