導讀：本文對鋁合金發動機罩外板充液成形工藝進行了研究，確定了零件包邊線位置，依據最優坯料流動方式給出了型面補償方案。同時，在Dynaform中建立了發蓋外板充液成形過程的有限元模型，研究了關鍵工藝參數的加載路徑及壓邊力對零件失穩控制的影響，并進行了試驗驗證。研究結果表明，充液成形工藝對汽車外板類覆蓋件具有較好的適用性。
鋁合金具有密度小（鋁的密度約為鋼的1/3）、質量輕、加工成形性好及可重復回收利用等特點。研究表明，與傳統鋼鐵相比，在達到同樣力學性能指標的情況下，使用鋁合金質量比鋼少60%；在承受同樣沖擊的條件下，鋁板比鋼板多吸收50%的沖擊能量。鋁的斷后伸長率δ低于鋼，因此鋁的成形性能要差；鋁的拉伸性能r值遠低于鋼，導致鋁合金件易開裂。
充液成形是通過模具閉合，向模具型腔內注入液體，并施加液體壓力得到所需零件形狀的成形技術。通過對充液成形技術的應用，提高了鋁合金板材的成形性能，消除板材成形過程中的破裂、起皺、未充分拉深等成形缺陷，從而達到提高產品質量，降低生產成本的目的。通過專用充液設備、充液壓力源和模具實現鋁板件的成形。
零件分析
國內對于鋁合金覆蓋件的研究和應用較少，本文以江淮汽車公司某新款車型的發動機罩外板（以下簡稱“發蓋外板”）為研究對象。該零件為大型蒙皮類零件，材料為6016鋁合金，厚度為1mm，尺寸約為1490mm×900mm×100mm，其形狀如圖1所示。且在零件周邊有包邊，在成形過程中要考慮包邊余量，確定包邊線。該汽車覆蓋件在成形過程中要注意零件表面質量與回彈，減小回彈的方式主要是控制零件型面的變形量，通常減薄在4.5%～5%的情況下，零件的回彈較小，因此采用充液成形進行成形工藝分析。
通過多次型面的補充與計算，最終確定型面。由于本項目最終采用的是激光切割，對包邊線的要求不高，且不同單位包邊方式的不同對包邊型面的要求不同，所以在確定包邊工藝合作單位之后，該型面可能要進行改動。圖2中的黃色區域即為確定的包邊型面。
工藝型面
因為采用被動式充液成形，所以工藝型面的補充主要是凸模與凹模的工藝型面。在考慮包邊的情況下，凸模補充型面如圖3所示，該型面主要成形難點為紅色區域內的過渡圓角要合理，防止局部減薄過大。圖3中紅色區域為危險區，容易產生破裂，因此考慮減小該處的流料阻力，在凹模圓角局部采用擴大凹模圓角的方法減小減薄，如圖4中紅色區所示。
該零件在成形過程中底部變形較小，容易產生較大回彈，為了減小起皺趨勢，在成形的過程中考慮加入拉延筋以增加流料阻力，拉延筋的布置如圖5所示（紅色面）。在成形過程中零件周圈所需要的進料阻力不同，因此拉延筋分成了幾段，每段的拉延筋高度略有不同。
工藝參數優化
板材充液成形的幾何模型包括上模具、下模具、壓邊圈及板料。模擬分析中假設模具為沒有任何變形的剛體，板料為Belyschko–Tsay模型的殼體單元，厚度為1mm，該假設的模擬仿真符合板材充液成形的實際情況。模擬分析采用已被金屬成形工業廣泛應用的Dynaform軟件，其求解器是非線性動態顯示算法的LSDYNA。其中凸、凹模及壓邊圈定為剛性體，采用剛性4節點網格單元進行離散化處理，板材采用4節點BT殼單元。坯料與凹模、壓邊圈和凸模的摩擦因數分別設置為0.005、0.10和0.15。本文采用定壓邊力方式控制料的流動，經優化后的坯料尺寸大小為1400mm×1950mm。
在充液成形過程中拉延筋不僅起到拉延板料的作用，還在一定程度上起密封作用。采用全拉延筋的方式，由于板料每處的形狀不同，進料速度不同，每處需要的拉延阻力不同，因此在不同位置通過不同的拉延筋形狀與高度來調整拉延筋的分布，如圖6所示。由于該零件為對稱件，本文以1/2模型的板料對應的拉延筋進行編號研究。
