在現代汽車制造中，車身質量大約占汽車總質量的 50%左右。鋁合金材料以其自身獨特的低密度、 耐腐蝕、比強度和比剛度較高以及回收利用率高等 一系列優點，得以大批量應用于汽車車門等區域， 而鋁合金車門沖壓件容易出現開裂和回彈等缺陷， 甚至報廢，大大降低了汽車企業生產效率和產品利潤，所以提高鋁合金車門沖壓成形性具有重大的現實意義。 目前汽車覆蓋件成形性研究主要通過數值模擬技術對模具結構與沖壓工藝參數分別進行優化，利用有限元軟件對鋁合金車門外板結構與沖壓工藝參數進行協同優化，解決車門外板沖壓成形破裂等問題。1 鋁合金車門材料性能與結構分析1.1 鋁合金材料性能 以某輕卡車門為研究對象，選用 6016-T4P 鋁合金作為車門材料，合金化學成分見表 1，材料 力學性能參數見表 2，在 3 種軋制方向上的拉伸試驗工程應力應變曲線見圖 1。

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從圖 1 可以看出，6016-T4P 板料強度高、塑性好，具有良好的綜合性能，平面各向異性指數低，有利于降低板材在沖壓成形過程的制耳率，易于成形加工，完全適用于車門外板的成形。 1.2 鋁合金車門結構分析 汽車車門外板總體尺寸較大，大部分的零件表面 為較為平滑的空間曲面結構，棱線清楚，且車門外板的局部位置（如車窗與門把手處）是較為復雜的不規則結構，零件示意見圖 2。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111197.html

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零件表面質量要求較高， 需要具有良好的協調性、均勻性。除此之外，與該零 件相配合的環境件較多，零件的裝配精度要求較高， 這對車門外板的成形精度提出了不小的挑戰。2.1 車門沖壓有限元模擬 采用 AutoForm 軟件進行成形工藝的模擬分析， 沖壓工藝示意見圖 3。首先在軟件中導入某輕卡車門 的零件模型，零件外形幾何尺寸為 1490 mm× 1050 mm×70 mm，厚度為 1 mm，將 6016-T4P 板料 的力學性能導入軟件中建立材料屬性。經過初步分 析，確定其沖壓成形工序流程如下：拉延、修邊、沖孔及翻邊整形工序，平面壓料面選擇隨零件表面曲率變化的壓料面，設置凸模圓角半徑為15 mm，凹模圓 角半徑為10 mm，傾斜角度 θ=15°。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111197.html

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再確定零件的沖壓中心和沖壓方向。零件的沖壓中心采用重心，沖壓方向的選擇需要保證零件盡可能地沒有沖壓負角。拉延工序設置完成后， 需要進行修邊沖孔，依據零件的修邊線，采用修邊模對其進行精修，提高零件輪廓的成形性。在修邊工序后需要對該車門外板的外圍、門框孔、門把手孔這三處位置進行翻邊整形，進一步提高零件的成 形精度，在整形工序后需要測量該零件的成形精度，因此還需增加一步回彈工序來模擬沖壓后該零件的 回彈情況。2.2 車門沖壓模擬與工廠試制結果分析 在工序設定好之后，設置壓邊力為 120t，摩擦因數為 0.15，沖壓速度為1 m/s 的工藝參數條件下對 該車門進行成形模擬。拉延工序后有限元分析結果見 圖 4，翻邊工序后有限元分析結果見圖 5，對應的現場試制結果見圖 6。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autochongya2024111197.html

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在圖 4 和圖 5 顯示的有限元模擬結果中，所標注出的局部區域代表沖壓后具有一定的破裂、過度減薄風險，現場試制產品的局部區域也產生了破裂缺陷， 因此需要對原成形工藝進行優化，且有限元模擬出具有一定拉裂風險的區域與現場試制發生破裂缺陷的區域在同一位置，進一步驗證了有限元模擬的準確性 和可靠性。3 車門沖壓工藝優化與試驗驗證 3.1 車門結構優化方案 在工廠試制的過程中，發現拉延工序后車門的 側邊經常會出現開裂，出現這樣的問題是由于車門 外板的斜度較小，拉延時板料在該位置處會承受較 大的應力，從而出現開裂。針對這一情況可以對零 件結構進行優化，采取的方案是適當加大車門外板 側壁的斜度與過渡圓角半徑，從而避免出現這種情 況。該零件與周圍環境件相配合的部分在沖壓工序后極易出現開裂和過度減薄等風險，無法保 證零件的裝配精度，因此對于其具體結構進行以下的優化。

1）車門外板是一種表面較為平坦的淺拉延件， 在沖壓成形的過程中，坯料與模具的接觸面較大，隨 著凸模和凹模的閉合，坯料不同部位處的變形程度是 不同的，變形路徑也是不斷變化的，因此在拉延過程 中容易造成坯料表面拉延不足，致使其強度剛度達不到要求，不能滿足相應的抗凹性，所以應在該車門的門把手位置下方設計一個階梯狀的過渡曲面，如圖 7 所示。該結構增加了拉延過程中材料的流動量，避免 因為拉延不足而出現起皺缺陷，而且該結構相當于一 個加強筋的作用，同時提高了車門的剛性。

2）車門外板門框凸臺示意見圖 8a，在門框角的 三角形凸臺位置，凸臺與平面的過渡圓角半徑較小， 拉延工序時不利于材料的流動，且凸臺尖角處的圓角 半徑較小，結構較為尖銳，在整形工序中，該尖角處 的材料難以得到周圍材料的補充，易出現過大的減薄 率，從而使該結構處產生破裂缺陷，增加了成形的難度，因此需要降低三角凸臺的反凹深度，適當增大過 渡圓角半徑，在保證零件尺寸范圍內，對凸臺尖角區 域進行球化處理。

3）車門外板門框上拐角示意見圖 8b，在車門的門框上拐角處，拐角的曲率較大，在拉延工序后該 位置減薄率較大，在后序的翻邊工序中，該位置的材料難以得到及時的補充，容易出現破裂缺陷。針對這種情況，可以適當減小拐角曲率，修邊時在該處多留有一些板料余量，保證該位置材料的充分流動。4）車門外板門把手框示意見圖 8c，門把手框與 外板平面有一定的拉延深度，下平面的過渡圓角半徑 較小，阻礙了材料的流動，在拉延工序后，該位置會 有較大的減薄率，容易出現破裂缺陷；且門把手內部 有翻邊，翻邊工序后會進一步加劇減薄率的升高，破 裂情況更加嚴重。為解決這樣的問題，需要增大過渡圓角半徑，并且需要根據沖壓工藝對零件結構進行進 一步優化。3.2 車門沖壓工藝參數優化方案 沖壓工藝參數是影響零件沖壓成形性的重要因素。通過設置多組不同的工藝參數組合來進行模擬分析，這些工藝參數包括壓邊力、摩擦因數、沖壓速度 和坯料形狀等。經過多組參數模擬結果對比，以成形性優劣為標準，最終確定優化后的工藝參數：壓邊力 為 80 t、摩擦因數為 0.15（產生破裂缺陷位置處摩擦 因數為 0.1）、沖壓速度為 0.5 m/s、隨形坯料。按照優化后的結構與工藝參數，再次對產品進行了試制，拉延工序的有限元模擬和試制結果見圖 9 和圖 10。

拉延工序完成后，按照有限元模擬的工藝參數進行修邊、沖孔、翻邊和整形，最后得到滿足成形性能的外板零件，全工序后的有限元模擬和試制結果見圖 11 和圖 12，可以看出有限元模擬和試制結果都無破裂 缺陷?；谏鲜龅挠邢拊M和產品試制結果，證明通 過對車門外板的結構與沖壓工藝參數進行調整優化， 可以得到滿足成形性能的車門外板零件。這說明該調 整方案能夠較好地改善沖壓工藝中出現的破裂缺陷， 可用于指導工廠生產中的工藝設計和試模生產。

4 結論 1）鋁合金車身覆蓋件沖壓后的破裂問題一直是研究的熱點與難點，針對產品具體的結構特點，進行產品結構與沖壓工藝參數的協同優化，解決產品沖壓后破裂問題，為今后的產品設計和制造提供了新的思路，對推廣應用于其他大型汽車車身覆蓋件具有重要意義。2）利用沖壓成形時材料流動和應力變化來對產品結構進行優化設計，極大提高了產品質量，同時有限元分析軟件的模擬分析結果進一步驗證了這種理 論分析的正確性。3）借助有限元分析軟件的高效、準確、低成本等特點，找到最優的一組工藝參數組合，大大縮短了 產品研發成本，降低開發時間和提高生產效率，體現 了數值模擬技術對實際生產制造的重要性。