隨著汽車工業的高速發展及人類環保意識的日益增強，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展。鋁合金具有比強度高、抗腐蝕性好等優點，在**不降低汽車原有的安全性能下，明顯地減輕了汽車自重，達到了節能和環保的目的。但鋁合金板在室溫下塑性較低，常溫拉深性能差，更易發生開裂和起皺現象，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，零件表面質量好。因此，采用溫成形技術生產鋁合金覆蓋件，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），導熱系數為121W/（m•K），板坯與工具間換熱系數為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采用Naka的試驗數據，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個溫度區域，如圖1所示，A區代表凸模底部，B代表法蘭部分，C代表凹模圓角區域，且假設各溫度區域相互獨立；同時，為設置板坯的初始溫度，認為其整體為溫度區域D，溫度場設置為常溫狀態（25℃）和加熱狀態（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，認為失效發生，此時的凸模行程為臨界凸模行程CPS。
3、結果與分析
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。經過實驗設計的統計分析，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區域的溫度，其次是法蘭B區的溫度。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，計算結果顯示，拉深被順利地完成。
拉深成形中，法蘭處板坯先經過壓縮變形后，再進入凹模型腔，這時由變形區轉變為傳力區。當法蘭處于高的溫度條件下，法蘭變形區內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，板坯從高溫法蘭區流出后，經凹模圓角時會降低其溫度，進一步增強了側壁的承載能力，更有利于提高鋁合金板拉深能力。可見，在鋁合金板溫拉深中，合理的溫度設置是提高拉深能力的關鍵。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）是常溫下拉深經常出現的破裂形式，即破裂發生在凸模圓角附近，而當法蘭被加熱到250℃時，出現圖3（b）的失效形式，即破裂出現在凹模圓角附近，這在常溫拉深中很少出現的缺陷。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流出，其處于高溫狀態，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，致使破裂發生在此處。
模具溫度對鋁合金板拉深性能的影響
4、結論
運用熱力耦合有限元方法和試驗設計方法，實現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**利于發揮板料拉深能力。
（2）在圓筒件差溫拉深中，破裂即可能出現在凸模圓角區附近，也可能出現在凹模圓角區附近。
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