隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展及人類環(huán)保意識的日益增強,，對汽車安全性和燃油效率的要求越來越高,，使得汽車用板逐步向輕量化材料方向發(fā)展。鋁合金具有比強度高,、抗腐蝕性好等優(yōu)點,，在**不降低汽車原有的安全性能下,，明顯地減輕了汽車自重，達到了節(jié)能和環(huán)保的目的,。但鋁合金板在室溫下塑性較低,，常溫拉深性能差，更易發(fā)生開裂和起皺現(xiàn)象,，尺寸精度難以控制,，無法順利加工出形狀較復雜的車身覆蓋件。

研究表明,，在溫成形條件下（200℃——350℃）,，鋁合金板塑性被大大提高，并且流動應力被降低,。與常溫拉深相比,，溫成形條件下，可明顯改善板料的拉深性能,，并且成形件回彈量小,，零件表面質(zhì)量好。因此,，采用溫成形技術(shù)生產(chǎn)鋁合金覆蓋件,，可以大大促進其在復雜車身零件上的應用。

本文采用商用有限元軟件ABAQUS,，對汽車用鋁合金板的圓筒件拉深過程進行數(shù)值模擬,，并通過實驗設計方法，探討溫度分布對鋁合金板拉深性能的影響規(guī)律,，為差溫拉深中溫度場設置提供參考,。

1、有限元建模

由于對稱性,，模具和板料簡化為2D軸對稱模型,，如圖1所示。使用的有限元軟件為商用有限元軟件ABAQUS/standard,，有限單元模型為熱力耦合四節(jié)點雙線性軸對稱單元CAX4RT,，板料厚度方向劃分5層，共劃分360個單元,，且板坯和工具間的熱傳導被包含在熱力耦合有限元分析中,，材料密度為2700kg/m3，比熱為920J/（kg•K）,，導熱系數(shù)為121W/（m•K）,，板坯與工具間換熱系數(shù)為1400W/（m2•K）。模擬中，鋁合金板5083-O為各向同性材料,，溫成形條件下的材料參數(shù)采用Naka的試驗數(shù)據(jù),，厚度為1mm，屈服準則為vonMises準則,。模擬中,，凸模速度為2.5mm/s，恒定壓邊力為2MPa,，板料和工具間的摩擦系數(shù)假設為0.1,。

模具溫度對鋁合金板拉深性能的影響

2、研究方法

本研究中,，工具被劃分為3個溫度區(qū)域,，如圖1所示，A區(qū)代表凸模底部,，B代表法蘭部分,，C代表凹模圓角區(qū)域，且假設各溫度區(qū)域相互獨立,；同時,，為設置板坯的初始溫度，認為其整體為溫度區(qū)域D,，溫度場設置為常溫狀態(tài)（25℃）和加熱狀態(tài)（250℃）2種檔次,。

應用實驗設計方法——部分因子分析法進行方案設計，試驗因子為圖1中的4個溫度區(qū)域A——D,，水平為25℃和250℃,。表1試驗方案，共需要8組模擬計算,。

模具溫度對鋁合金板拉深性能的影響

拉深性能由臨界凸模行程CPS評定,，其值越大表明拉深能力越好。模擬中,，假設板料厚度減薄率達到30％時,，認為失效發(fā)生，此時的凸模行程為臨界凸模行程CPS,。

3,、結(jié)果與分析

在ABAQUS上運行表1中的試驗1—8,。各種溫度條件下圓筒件拉深的臨界凸模行程CPS列于表1中,。從表1中可以看出，初始溫度布置對CPS值有著重要的影響,。經(jīng)過實驗設計的統(tǒng)計分析,，各因子的影響力和合理的溫度分配被列于圖2和表2中。對拉深性能影響**的因子是A區(qū)域的溫度，其次是法蘭B區(qū)的溫度,。當凸模保持在一個較低的溫度水平（如室溫25℃）,，法蘭被加熱到較高溫度（如250℃），更有助于鋁合金板拉深能力的提高,。同時,，表1中計算結(jié)果顯示，凹模圓角處的溫度越低,，對拉深能力越有利,，但影響程度并不強烈；而板坯的初始溫度對拉深能力的影響是值得注意的,，加熱至與法蘭同樣溫度,，會使其CPS值降低。

模具溫度對鋁合金板拉深性能的影響

從表2分析結(jié)果可以看出,，**的溫度分布是,，只需法蘭處加熱到250℃，其拉深能力**,。在這一條件下,，模擬了其拉深過程，計算結(jié)果顯示,，拉深被順利地完成,。

拉深成形中，法蘭處板坯先經(jīng)過壓縮變形后,，再進入凹模型腔,，這時由變形區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)閭髁^(qū)。當法蘭處于高的溫度條件下,，法蘭變形區(qū)內(nèi)板坯變形抗力被降低,，而凸模底部為較低溫度時，板料具有高的抗拉強度,，增強側(cè)壁尤其是凸模圓角處的承載能力,。如果凹模圓角附近處于較低溫度時，板坯從高溫法蘭區(qū)流出后,，經(jīng)凹模圓角時會降低其溫度,，進一步增強了側(cè)壁的承載能力，更有利于提高鋁合金板拉深能力,?？梢姡阡X合金板溫拉深中,，合理的溫度設置是提高拉深能力的關(guān)鍵,。差溫拉深模式,，即在凹模法蘭處加熱而凸模處于較低溫度，是提高鋁合金板拉深性能的**工藝方法,。

（a）在凸模圓角附近破裂

（b）在凹模圓角附近破裂

模具溫度對鋁合金板拉深性能的影響

圖3是鋁合金板溫拉深中出現(xiàn)的2種破裂失效形式,，其成形時的溫度條件見表3所示。圖3（a）是常溫下拉深經(jīng)常出現(xiàn)的破裂形式,，即破裂發(fā)生在凸模圓角附近,，而當法蘭被加熱到250℃時，出現(xiàn)圖3（b）的失效形式,，即破裂出現(xiàn)在凹模圓角附近,，這在常溫拉深中很少出現(xiàn)的缺陷。這些失效形式與前人試驗觀察是的,。在該模式的拉深中,，雖然凸模圓角處板料有所變薄，但是它處于低的溫度,，材料抗拉強度高,，而凹模圓角附近的板料從法蘭內(nèi)流出，其處于高溫狀態(tài),，材料抗拉強度低,，從整體承載能力上看，此時凹模圓角附近的板料**弱,，致使破裂發(fā)生在此處,。

模具溫度對鋁合金板拉深性能的影響

4、結(jié)論

運用熱力耦合有限元方法和試驗設計方法,，實現(xiàn)了鋁合金板圓筒件溫拉深中初始溫度的合理分配,。

（1）凸模底部和凹模法蘭的溫度決定著了鋁合金板拉深能力，當凹模法蘭處于較高溫度而凸模底部處于室溫的差溫拉深模式**利于發(fā)揮板料拉深能力,。

（2）在圓筒件差溫拉深中,，破裂即可能出現(xiàn)在凸模圓角區(qū)附近，也可能出現(xiàn)在凹模圓角區(qū)附近,。