通过降低汽车车身重量以达到节约资源和降低油耗的目的是实现汽车轻量化的一个最基本、最普遍的途径。为了降低汽车车身重量，可以选择改进汽车的整体结构设计或选择更为轻质的材料（如塑料、铝合金等）。由于铝合金材料具有比重小、比强度高、易加工、传导性强、表面外观良好以及综合性能良好等特点，并且在报废汽车回收时，铝合金汽车材料相对钢材可回收率更高，回收所需的能量也远低于钢材，因此，铝合金是一种最理想的汽车轻量化材料。 
有研究表明，5000系铝合金在室温条件下拉伸速率越高，形变速率敏感性增加越快，成形后板材力学性能越可靠，符合汽车零部件冲压工艺。因此本文以某成形车门内板件（图1）为例，对其拉延工序进行成形性能分析，以降低成形风险。

汽车门内板件成形性能分析

1.零件的工艺性分析
某汽车门内板件三维如图1所示，厚度1.6 mm，零件规格1 458 mm×1 008 mm×227 mm，原材料铝合金5182的性能参数为：屈服强度140 MPa、抗拉强度277.1 MPa、硬化指数0.27、厚向异性系数0.777等。性能曲线见图2。

该零件特点是面积较大、形面复杂程度高且拉延深度大，在拉延过程中极易出现开裂、起皱现象，难以实现拉延线长均匀化，是实现铝合金板冲压成形中较为困难的一种零件，故对此零件成形考虑二次拉延。

铝的弹性模量比钢板小，在成形过程中容易产生回弹，并且零件因聚集的内部应力在切边后不均匀释放，导致了零件回弹量进一步增大，严重影响零件尺寸精度。故考虑切边后进行整形工序，同时在整形过程中进行局部翻边及设置特征筋。

由于在铝板冲压过程中，大部分问题是在成形工序中产生的，后续冲裁过程仅存在冲切布置的差别，所以在本文中后序冲裁工序仅概括于冲孔工序，实际生产将与其有别。

综上，本汽车门内板零件的加工工艺为一次拉延、二次拉延、切边、整形及冲孔。

2.分析模型的建立

（1）冲压方向的确定

冲压方向的选择应保证在最大成形出零件形面形状的情况下减小拉延深度，保证模面与板料的良好接触。一般汽车零件的产品模具按车身坐标设置，冲压坐标系较车门产品的坐标需要重新调整。基于Y向，调整冲压面平均法向，经过拉延深度及冲压负角分析，确定冲压方向如图3和图4所示。

（2）工艺补充

工艺补充是指根据零件自身的形状及闭合状况，对零件形状进行修改使其充分成形。工艺补充一般遵循的原则为：保证模面均匀接触板料；保证分模线光顺；简化压料面形状；尽量减少工艺补充以提高材料利
用率。

由于此车门内板零件窗框位置较车门下部在拉延方向上有较大落差，因此可利用工艺补充面设置余量来加大材料流动。另外工艺补充设计既可以用CATIA 软件完成，也可使用AutoForm软件完成，利用AutoForm完成“孔填充”功能将比较方便。

（3）压料面及模面设计

压料面是成形过程中模具压住的坯料的部分，其目的是控制冲压过程中的材料流动，使其均匀、平缓地进行。因此，压料面的设计也要保证坯料的拉延深度均匀、平缓。
成形模面的设计则需在拉延过程中尽可能完成足够深度的拉延及形面的成形。然而过深的拉延深度将导致零件的开裂，成形过程难以控制。对于铝合金成形，其需考虑的与钢板成形不同的因素有适当放大的R角、成形的拉延等。

所以，此车门零件采用二次拉延成形工艺，对于两次拉延的的深度及主要拉延的部位，其压料面和模面不同。如图5和图6所示。

（4）拉延筋的布置

拉延筋是在压边圈和凹模表面制作的相互配合的凸起和凹槽结构，作用是控制材料成形过程中的流动，使成形均匀、充分。通过压边力及拉延筋的结构、配合间隙等变化可实现对板料成形的调节，能够一定程度上消除成形过程中所产生的起皱、开裂等成形缺陷，在工艺设计或实际调试过程中，均为一种简单高效的调节方法。

本文为了提高计算效率，使用等效虚拟拉延筋进行建模。针对形状复杂、材料流动急剧的区域，为避免拉裂，拉延筋应尽量降低线阻力。针对形状简单、平坦的区域，为避免零件起皱，拉延筋将设计加大线阻力。本车门内板件零件极其复杂，一次拉延主要成形车门窗框及中部形状，下部为二次拉延预留，经过多次计算，为一次拉延设置了8段拉延筋。二次拉延4段拉延筋。其阻力系数0.1～0.3不等，通过可视化的模型可以体现出线阻力大小，其用宽度标示，如图7和图8所示。

（5）冲压参数的确定

压边力可控制材料的流动，是影响冲压成形的重要工艺参数。经过多次调整及计算，此车门一次拉延设置压边力为100 t，二次拉延40 t。
摩擦同样影响材料的流动，过大则成形易开裂，过小则易起皱。本文考虑车门内板件的复杂程度，为其设置摩擦系数0.15。

（6）模拟计算及结果分析

设定完上述参数后，开始对此车门内板零件进行成形模拟计算，观察其成形过程的减薄率、主应力等。如图9和图10所示。

成形极限图（forming limit diagram，简称FLD）表示板料在不同的应力状态下的变形极限，如图11所示。图中，两个数据轴分别代表主应变和次应变。对于应变分布图，红色区域代表零件破裂，黄色为有破裂的风险。可以看出，此例车门内板件在经过两次拉延后基本无开裂情况，通过分布图可知，零件本体上无起皱部位，最大厚度为1.78 mm，可以认为此冲压件成形工艺可行。

破裂是严重的车身冲压件质量问题。从理论上来说，破裂是由于拉延失稳造成的。通过对模拟结果的分析和多次往复的试验，对此汽车门内板件进行零件设计的工艺优化，以及上文各参数及设计的优化，最终实现上例车门的成功试制。

结论

在汽车冲压成形上，铝板材与钢板材有较多相似之处，因而可借鉴钢板成形分析技术，但在实际生产中存在较多问题，如何大批量生产铝合金合格产品，提高产品合格率已成为汽车工业面临的一大难题。要实现汽车轻量化的前提是要从根本上解决铝合金成形工艺的技术问题，掌握铝合金成形性能。汽车轻量化技术逐渐成为各汽车厂商所研究的热点之一。板料成形的仿真技术则是解决成形问题的有效手段，回顾本文，通过AutoForm软件对铝合金5182材料的某车型车门内板进行冲压成形模拟，获得可靠的冲压成形设计方案及参数数据，对汽车铝合金冲压工艺有一定的使用价值。