鋁合金板沖壓成形材料試驗研究與應用 

 一、鋁合金板應用特點

隨著汽車保有量的增加，給資源、環境帶來了越來越大的壓力，減輕汽車質量，提高燃油效率，降低排放以減少環境污染成為各汽車廠商的重要發展方向，鋁合金具有密度低、比強度高、耐腐蝕性好、抗沖擊性好等優點，是汽車輕量化的重要材料之一。

二、鋁合金板沖壓中的優缺點及質量控制

1.與鋼板相比，鋁合金板總伸長率偏小，在室溫下成形性不如鋼板，沖壓成形時容易出現開裂、縮頸、 起皺等缺陷，通過試錯的方法消除這些缺陷，會導致修模周期長，開發費用高。采用數值模擬技術，可以有效地預測鋁合金沖壓成形中的開裂、起皺等缺陷， 然后進行優化設計，降低成形缺陷發生的風險，以指導沖壓模具開發和成形工藝制定，隨著計算機技術的發展，數值模擬技術在鋁合金板材成形分析上得到廣泛應用。   

2.基于Barlat89 屈服準則，對鋁合金引擎蓋內板進行沖壓數值模擬，從起皺和開裂方面對比分析，數值模擬結果和實驗結果吻合較好，基于 Hockett-Sherby硬化模型、Barlat89 屈服準則，對鋁合金前圍板進行拉延成形數值模擬，指導前圍板模具開發和沖壓工藝制定，產品沒有明顯起皺和破裂缺陷。 

基于Hollomon、Krupskowsky、Power硬化模型，對杯形件拉深成形進行數值模擬，從拉深深度、截面厚度對比分析了數值模擬與實驗結果。

3.隨著光學測量技術的發展，在成形極限試樣上印制網格，通過ARGUS光學應變測量系統，全面表征了試樣變形后的應變狀態。因此，在沖壓成形過程中，采用光學應變測量系統可以更好地對比數值模擬與實驗結果，全面了解沖壓零件的變形狀態。

三、以5754-H111 鋁合金板為例的對比分析

為了提高鋁合金沖壓成形數值模擬的可靠性，需要建立準確的材料模型，并求解出相關的材料參數，以表征鋁合金材料的成形性能。通常情況下，沖壓成 形用材料模型主要由硬化模型、屈服準則和成形極限組成。本文以1.5 mm厚 5754-H111 鋁合金為研究對象，分別進行單向拉伸試驗、單向壓縮試驗和成形極限試驗，研究適合5754-H111鋁合金的成形用材料模型，基于該材料模型，以某汽車大梁為對象，對其進行沖壓成形仿真分析，并通過沖壓試驗，在板料上印制網格，采用光學應變測量系統測量變形后的應變，與數值模擬結果對比分析，驗證模型的可靠性。 

四、試驗結論

1) 通過單向拉伸和單向壓縮試驗，獲得了5754-H111鋁合金的硬化曲線，并采用Hollomon方程、 Krupknowsky 方程和 Voce 方程進行擬合，結果表明 Voce 方程擬合效果較好。     

2) 通過 0°、45°、90°三個方向拉伸試驗獲得的 r 值，求解得到了5754-H111鋁合金 Barlat89 屈服準則的材料參數分別為 a=1.1173、p=0.9823、h=1、m=8。  

3) 通過設計不同寬度的試樣，獲得了不同應變路 徑下5754-H111 鋁合金的成形極限曲線，該曲線可以用于判斷鋁合金零件的開裂區、風險區。     

4) 通過對大梁進行沖壓數值模擬和實際沖制，并采用光學應變測量系統，對大梁特定區域變形后的應變進行測量，并與數值模擬結果進行對比，結果表明， 建立的5754-H111鋁合金材料模型和沖壓數值模型是可靠的。 （來源：中國有色金屬學報 ）