摘 要

汽车轻量化满足了安全、低油耗和环保等要求，而铝合金的应用是实现汽车轻量化的有效方法。

本文通过板成形模拟软件Autoform对高强铝合金汽车结构件前保险杠进行模拟冲压，探究不同热冲压温度对前保险杠成形性的改变，从而对冲压参数进行优化，其结果对铝合金前保险杠的规模生产具有重要意义。

论文主要研究了热冲压过程中初始温度、冲压速率、成形力、摩擦系数、以及不同形状的压料面、工艺补充面和拉延筋等工艺参数，对铝合金冲压完成后对减小产生的回弹、破裂和起皱的影响，从而得到最合适的铝合金前保险杠的生产方案。

研究结果表明了在400℃的模具加热温度，1000kN成形力，100mm/s的冲压速度和0.10的摩擦系数下，7系铝合金前保险杠的成形最好。表明了在300℃的模具加热温度，1000kN成形力，175mm/s的冲压速度和0.10的摩擦系数下6系铝合金前保险杠的成形最好。

关键词：铝合金；轻量化；冲压；有限元模拟

Abstract

The light weight of automobile meets the requirements of safety, low fuel consumption and environmental protection, and the application of aluminum alloy is an effective way to realize the lightweight of automobile.

Through the plate forming simulation software Autoform，This paper simulate the stamping of high strength Aluminum Alloy front bumper, explore the different temperature on the Aluminum Alloy front bumper forming effect and optimize the stamping parameters,the result has important significance to the Aluminum Alloy front bumper production scale.

This paper mainly studies the hot stamping process of initial temperature, drawing speed, drawbead, blank holder force, friction coefficient and other parameters on the influence to reduce the springback, fracture and wrinkling Aluminum Alloy stamping is completed, in order to get the optimal Aluminum Alloy front bumper production plan.

The results show that the forming of the front bumper of 7XXX aluminum alloy is the best under the heating temperature of 400 ℃, 1000kN punching pressure, 100mm/s stamping speed and 0.10 friction coefficient. The results show that the forming of the front bumper of 6XXX aluminum alloy is the best under the heating temperature of 300 ℃, 1000kN punching pressure, 175mm/s stamping speed and 0.10 friction coefficient.

Key Words：Aluminum alloy; Lightweight; Stamping; Finite element simulation;

目录

摘 要 3

Abstract 4

目录 5

第1章 绪论 8

1.1 研究目的与意义 8

1.2 汽车轻量化的途径 8

1.3 铝合金冲压研究及应用的国内外现状 9

1.4 铝合金成形的关键技术难题 10

1.5 本文研究的内容 12

1.6本章小结 13

第2章 高强铝合金的力学性能 15

2.1 引言 15

2.2 汽车用铝合金分类 15

2.2.1 根据加工方法的分类 15

2.2.2 根据所加元素的分类 16

2.3 铝合金的强化方法和热处理特性 18

2.3.1 铝合金的强化方法 18

2.3.2 铝合金的热处理特性 19

2.4 铝合金的烘烤硬化性能 20

2.5 铝合金的热冲压本构建模 21

2.6 铝合金高热冲压的屈服准则 22

2.6.1 各向同性屈服准则 22

2.6.2 各向异性屈服原则 23

2.7铝合金高温流变曲线 25

2.7.1铝合金的高温流变曲线 25

2.7.2 塑性失稳理论介绍 27

2.8 本章小结 29

第3章 铝合金汽车保险杠有限元建模与结果分析 30

3.1 引言 30

3.2 汽车前保险杠模型 30

3.2.1 汽车前保险杠模型 30

3.2.2 汽车保险杠模型的结构特征 31

3.2.3 结构特征的分析和材料的选择 32

3.3 铝合金汽车保险杠有限元建模 32

3.3.1 模型的导入 33

3.3.2 冲压方向的确定 34

3.3.3 压料面的设计 35

3.3.4 工艺补充面的设计 37

3.3.5 单动拉延的初步模拟 38

3.3.6 工艺补充面的优化 40

3.4 拉延工序的设置 42

3.4.1 拉延的种类 42

3.4.2 单动拉延的设置 42

3.5 修边冲孔工序的设置 44

3.5.1 修边方向 44

3.5.2 修边方向的设置 44

3.5.3 冲孔方向 45

3.5.4 修边分析与优化 46

3.7 本章小结 48

第4章 6000系铝合金保险杠热冲压成形工艺参数优化 50

4.1 前言 50

4.2 板料初始形状的影响 50

4.2.1 板料的初始形状 50

4.2.2 板料初始形状的优化 51

4.3 成形力的影响 53

4.3.1 成形力引起起皱的原因 53

4.3.2 成形力的影响 54

4.4 拉延模具拉延筋的影响 56

4.4.1 拉延筋的作用 56

4.4.2 拉延筋设置原则 56

4.4.3 拉延筋的影响 56

4.5 冲压初始温度的设置 58

4.5.1 冲压初始温度的影响 58

4.5.2 温度对回弹的影响 61

4.6 摩擦系数的设置和影响 64

4.7 本章小结 65

第5章 7000系铝合金保险杠热冲压成形工艺参数优化 67

5.1 拉深力对7系铝合金件成形的影响 67

5.1.1 拉深力对7系铝合金保险杠成形极限的影响 67

5.1.2 拉深力对7系铝合金保险杠减薄的影响 68

5.2 冲压速率对7系铝合金件成形的影响 69

5.3 摩擦系数对7系铝合金件成形的影响 72

5.3.1 摩擦系数对7系铝合金件成形极限的影响 72

5.3.2 摩擦系数对7系铝合金件减薄的影响 73

5.4 成形温度对7系铝合金件成形的影响 75

5.4.1 成形温度对7系铝合金件成形极限的影响 75

5.4.2 成形温度对7系铝合金件回弹的影响 76

5.5 7系铝合金前保险杠的最终方案 77

5.6 本章小结 78

第6章 结论和展望 80

6.1 结论 80

6.2 展望 81

参考文献 82

致谢 84

第1章 绪论

1.1 研究目的与意义

随着全球汽车数目的持续增加，石油等化石燃料消耗的增多，汽车尾气排放污染的增多，未来汽车工业发展要求做到节能、安全以及环保，实现这三个目标及方向的最佳方法之一是汽车轻量化。汽车轻量化能够很好地减轻车辆的总体质量，并且能够有效改善汽车的燃油经济性，因此，汽车轻量化在汽车工业发展中，越来越受到重视并成为一个热门的课题^[1]。在确保了汽车所需的强度和安全性的要求后，汽车轻量化要求做到汽车总体的质量更低，从而改善汽车的燃油经济性、提高动力性和增加安全性等等综合性能，并且实现节约能源减少排放的目标^[2]。汽车采用轻量化技术，能够同时保证汽车的动力性以及燃油经济性，汽车轻量化在汽车工业发展中占有极高的战略地位，其促使汽车排放污染的减少以及石油等化石能源消耗的减少，促进汽车工业的可持续发展。节能减排是大势所趋，所以汽车轻量化具有重要的战略地位。

在这样的一个环境和背景下，十分有必要研究铝合金材料的热冲压性能和其高热冲压的规律，以此发展铝合金热冲压工艺，不断精进工艺，力求生产出性价比高的轻量化的铝合金汽车覆盖件。