鋁合金車身板件超塑成形技術(shù)探討

孫志操

摘要：為了節(jié)能減排，不少的汽車制造的企業(yè)在實際的過程中會選擇把車身輕量化作為一項重點的工作推行。雖然鋁合金的K值略低于超高強度鋼，但隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場的擴大，鋁合金的強度等逐漸在上升，價格也會逐漸占據(jù)一定的優(yōu)勢，競爭力也會逐漸提升上來。據(jù)實際的分析，用鋁板代替鋼板在一定程度上能夠使得車身的重量減輕很多，本文通過對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行一定的分析和研究想，希望能夠給相關(guān)的人員提供一定的理論性支持和實踐參考。

關(guān)鍵詞：鋁合金;車身板件;超塑成形技術(shù);探討;分析;總結(jié)

在這樣的可持續(xù)發(fā)展的背景下，鋁合金薄板超塑性成形技術(shù)逐漸地發(fā)展起來，成為一種替代性的制造工藝，至今也不過十多年。因此，它仍是一項需要不斷改進(jìn)和推廣的新技術(shù)。傳統(tǒng)超塑性成形工藝速度慢、效率低、材料成本高的缺點，抵消了模具設(shè)備成本低的一些優(yōu)勢。例如，根據(jù)某鋁合金發(fā)動機罩的技術(shù)成本模型，只有在年產(chǎn)量小于5000件時，常規(guī)超塑性成形方案才會比冷沖壓方案的經(jīng)濟(jì)效益高。在實際的發(fā)展過程中重點是需要改進(jìn)超塑性成形的高溫慢速特性，以滿足汽車生產(chǎn)的大批量生產(chǎn)和高生產(chǎn)率的要求;降低超塑性鋁合金板的價格，采用低成本的普通工業(yè)級鋁合金，如a518，適合汽車生產(chǎn)的低成本要求。板料超塑性成形和沖壓成形的工藝原理、設(shè)計原理和操作條件不同，不能作為工藝放入沖壓生產(chǎn)線中，應(yīng)單獨建立超塑性成形車間和自動化生產(chǎn)線。

一、鋁合金超塑性材料的選擇

根據(jù)冷沖壓工藝，如歐洲使用的6016鋁合金和美國使用較多的6111鋁合金。5000系列主要用于車身內(nèi)嵌板等形狀復(fù)雜的零件。在高應(yīng)變率下，鋁合金的伸長率隨著應(yīng)變率的增加而增加，這使得鋁合金的保險杠框架、鋼筋梁或側(cè)碰撞梁在碰撞中具有良好的吸能特性。5000系列鋁合金的顯微組織接近超塑性成形工藝的要求。為了獲得更好的超塑性性能，一些鋁合金公司在實際的發(fā)展過程中會通過改進(jìn)軋制工藝和化學(xué)成分，研制5083鋁合金板材進(jìn)行超塑性成形。5083片超塑性等軸細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的平均晶粒尺寸為10μm.通過實際的實驗驗證的結(jié)果表明，超塑性溫度范圍是450-550℃，其最大伸長范圍是300%-480%。

為了將鋁合金超塑性成形技術(shù)進(jìn)行更好的應(yīng)用，只能對鋁合金板材超塑性性能的要求進(jìn)一步降低和完善。在實際的發(fā)展過程中尋找能夠滿足汽車零部件超塑性成形的要求且價格不太昂貴的普通工業(yè)級的鋁合金的材料，這是十分重要的問題。相關(guān)的研究人員在這方面費了不少的功夫，在實際的發(fā)展過程中能夠在材料的超塑性和零件的成形要求之間達(dá)到一定的穩(wěn)定發(fā)展。

二、鋁合金車身零件的超塑性成形技術(shù)

工業(yè)級的鋁合金板的晶粒尺寸不是很細(xì)，超塑性性能不是很好。當(dāng)用于汽車車身面板或形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件的超塑性成形時，該材料的成形能力并不過剩。當(dāng)工藝設(shè)計不合適時，零件可能會斷裂。因此，有必要利用模具和工藝的優(yōu)化設(shè)計來彌補材料塑性能力的不足。具體操作步驟如下：首先，根據(jù)要成形零件的形狀設(shè)計模具型腔，包括要成形零件的形狀和工藝過程中必要的輔助曲面。對于同一零件，在設(shè)計不同的輔助曲面時，會有不同的模腔。為了獲得零件的最佳厚度分布，采用超塑性成形過程的數(shù)值模擬方法對模具設(shè)計和模具加工前的氣體膨脹壓力時間曲線進(jìn)行了優(yōu)化。最小壁厚值應(yīng)大于自由脹形試驗中板材損壞時的最小壁厚，最小壁厚的位置應(yīng)盡量避開零件表面，出現(xiàn)在工藝補充表面上。

三、超塑性成形技術(shù)的改進(jìn)措施分析

3.1改進(jìn)超塑性成形的工藝

常用的板料超塑性成形是在實際的過程中將高溫的板料用氣體施壓進(jìn)而吹入到模具中。氣體膨脹壓力時間曲線對板料的變形速率和成形的速度進(jìn)行一定的控制。超塑性變形的速率特性決定其特性。在實際的發(fā)展過程中通過對超塑性成形工藝進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和完善能夠提高鋁合金薄板超塑性成形生產(chǎn)率。超塑性成形包括很多的步驟，每一項步驟都需要進(jìn)行認(rèn)真的實施，進(jìn)一步保證工藝的成效。

3.2縮短超塑性成形時間

提高生產(chǎn)效率還可以縮短超塑性成形時間。該方法的主要思想是通過沖壓與超塑性脹形的結(jié)合，縮短超塑性脹形的路徑，同時不削弱超塑性脹形的技術(shù)優(yōu)勢。由于沖壓工藝不要求低應(yīng)變率，常用的方法是通過沖壓形成零件的主要形狀，即預(yù)成形，然后通過超塑性脹形形成零件的細(xì)部形狀。預(yù)成形既可以單獨進(jìn)行冷沖壓，也可以與超塑性脹形同時進(jìn)行熱沖壓。兩者在效率上都有優(yōu)勢。在兩種成形過程中，板料的變形分布是不同的，它們之間存在著交替的趨勢。因此，這種復(fù)合成形工藝不僅有利于縮短成形時間，而且發(fā)展過程中能夠提高一定的生產(chǎn)的效率，在實際的應(yīng)用過程中能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提升和發(fā)展，促進(jìn)行業(yè)的進(jìn)步。

四、結(jié)論

在實際的發(fā)展過程中，大量的研究工作已經(jīng)完成鋁合金超塑性成形工藝的國內(nèi)外汽車身體部位，很多實質(zhì)性的進(jìn)展改善鋁合金板材的超塑性成形速度和減少成本的鋁合金材料。在晶粒細(xì)化和超塑性的速度提高的方面都有一定的改善，研制出超塑性比較好的鋁合金;為降低材料成本，工業(yè)級的鋁合金車身零件的超塑性成形工藝也實現(xiàn)了一定的利用;為了使得成形效率得到一定的提升，人們對各種快速超塑性成形的方法進(jìn)行探索，最終選擇了超塑性鋁合金的工藝。近年來，我國國內(nèi)的汽車產(chǎn)銷量在實際的發(fā)展的過程中已是世界第一，高端汽車性能和質(zhì)量的競爭逐漸開始增強。這種發(fā)展態(tài)勢對我國汽車制造業(yè)的發(fā)展來說起到一定的促進(jìn)作用，在實際的發(fā)展過程中能夠滿足鋁合金車身零件超塑性成形的技術(shù)需求。相信在未來的發(fā)展過程中，研究人員通過不斷地總結(jié)經(jīng)驗和創(chuàng)新，其行業(yè)的發(fā)展必定會給人們的生活帶來更多的便利。

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