罗 宾，马春丽，唐道雄，杨祥伟

（1.辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003；2.青岛大学材料科学与工程学院，山东 青岛 266071）

随着社会的高速发展，汽车的用量将会越来越多，伴随着汽车拥有量的与日剧增，同时带来了严重的负面影响，诸如安全、污染、资源等一系列社会问题。而铝合金具有优良的力学性能、较好的成形性、丰富的资源等优点是实现汽车轻量化最理想的材料。铝合金前罩内板也开始逐渐在市场上进行应用[1]。

1 零件结构设计

图1 前罩内板

图1为自主设计的某款汽车前罩内板，外形尺寸为1152.8mm×1513.7mm×284.5mm，材料5182-O，料厚1.2mm，质量为4.032Kg。该结构除了遵循使用钢材料设计的一般性原则外，考虑到铝合金与钢材的材料特性及料厚选择上的不同，对零件结构进行相应调整，针对可成形性复杂程度，零件的中间特征，钢材一般采用最小拔模角度在20°以上，铝合金设置为25°以上，且由于该结构纵向曲率较大，可适当增大角度。在满足扭转、弯曲、模态等性能要求外，增加减重孔，相比于同等尺寸的钢材料，(料厚取值0.7mm，质量为6.836Kg)，减重达到41%。

2 零件冲压成形工艺分析

2.1 零件成形方式及拉深方向的确定

对形状复杂、拉深深度较深的前罩内板，由于其台阶、凸台形状较多，且断面长度差较大，采取拉深的方式成形，通过调整压边圈的形状、拉延筋的布置、毛坯的外形尺寸等因素来控制零件各处的进料情况[2]。

拉深方向是否合理会影响到零件的成形性，还涉及到零件工艺补充部分形状和尺寸的大小，对后工序的工艺排布也有较大的影响。在确定前罩内板成形的拉深方向时，应重点考虑以下3个因素：

（1）无拉深负角。拉深负角会造成凸模和凹模的干涉，有时会直接损坏凸、凹模，借助成形工艺分析软件对零件拟确定的拉深方向进行负角检测[3]，确保拉深方向的最小脱模角度在3°以上。

（2）拉深凸模开始拉深时与拉深毛坯的接触面积要尽量大、接触特征要尽量多，且要分散，保证有2个或2个以上的位置同时接触。假设前罩内板直接以车身坐标Z轴为拉深方向，凸模开始拉深时与板料的接触面积较小，凸模最先与毛坯前端板料接触，导致板料产生应力集中，产生裂纹。因此，需调整零件成形的拉深方向，绕Y轴旋转14°。调整后，凸模与毛坯板料几乎同时接触，明显增大了拉深初始阶段凸模接触板料的面积，极大改善了零件的成形性。

经过以上分析，该前罩内板的拉深方向为：以车身原始坐标系的Y轴旋转14°，绕Z轴顺时针旋转90°，以新坐标系的Z轴为冲压方向。

2.2 压料面和工艺补充面的设计

要确保铝合金覆盖件质量过关，对工艺补充面和压料面进行科学的设计，同时要将零件的拉伸性能考虑进去，严格把关零件生产工序，产出后的毛边修复等。

因法兰面周围起伏较大，若将铝合金板料直接拉伸，则会出现一个高度差，产出零件的拉伸性能会大幅度降低，所以，将法兰面放置凸模上，根据内板的形状做出随形的二阶台，台阶面高度建议设置为25mm左右，铝合金拉深成形压边力取值在800KN～1200KN。制作完成后的拉深面效果见图2。

图2 前罩内板工艺补充面

2.3 等效拉延筋的布置

等效拉延筋可起增大板料的局部进料阻力、控制材料的流动速度的作用。拉延筋布置是否合理将影响毛坯的尺寸及零件的成形质量[4]。由于该内板拉深成形的回弹较大，初步考虑拉延筋进行整圈布置，设置位置分模线向外偏移20mm处，摩擦阻力系数赋值0.5，但是由于法兰面的起伏较大，且铰链安装位置有较大转角，需要进行分段设置系数，使材料流动速率均匀，即在转角处赋较小值，在较为光滑区适当加大系数值。

3 冲压成形分析

前罩内板的初步成形工艺方案确定，使用冲压成形工艺分析软件进行模拟运算，材料5182-O基本性能如表1。

表1 5182-O基本性能参数

图3 第一次冲压成形结果

图3所示零件第一次成形分析结果，两侧及前端出现拉延不充分现象。可通过采取增大拉延筋系数以控制材料流动速率的方法来解决。图4所示为增大拉延筋系数后的分析结果，零件拉延不充分问题基本解决。

图4 修改后冲压成形结果

4 零件后续工艺排布

根据零件后续冲孔、修边角度、冲压方向进行后续的工艺排布：

OP30：修边+斜楔修边+冲孔；

OP40：修边+斜楔修边+冲孔；

OP50：斜楔冲孔；

最终零件产品如图5所示：

图5 最终零件结果

5 结语

利用冲压成形工艺分析软件对该铝合金前罩内板结构的冲压成形过程进行了数值模拟仿真，再对仿真过程出现的不同缺陷进行分析，在满足各项设计开发要求的前提下，中部特征最小拔模角度大于25°，通过对影响成形的拉深方向、压边力、工艺补充面、等效拉延筋等影响因子做相应调整，得到了较好的冲压结果，表明该结构可进行冲压成形，为铝合金前罩内板工程化提供了设计参考。