XTDIC-FLC板料成形极限测量技术在板料高温成形试验中应用

在当今发动机技术提升难度日益加大，新能源动力电池效率不尽如人意的背景下，不论对传统燃油汽车，混动汽车还是纯电汽车，轻量化技术都是一项共性的基础技术。材料的成形性技术则是材料轻量化的一个重要技术要素。

使用铝合金、高强钢在内的新型轻质材料，可实现减小汽车自身重量，以达到节能的目的。因此轻质材料的成形技术具有广阔的应用前景。铝合金板材的成形是一个涉及到热、力、微观等多参数耦合的非线性过程，需对其进行冲击成形极限进行研究，以达到汽车车身板料成形的应用标准。

一、板料成形测量的需求

铝合金作为一种具备多种优良性能的轻质材料，成为目前汽车轻量化技术的首选材料。车身质量占汽车总质量的40%左右，对于整车的轻量化而言，车身的轻量化起着举足轻重的作用。

汽车车身用铝合金零件关键制造技术，包括铝合金汽车板材成形工艺、板材温冲压成形技术、型材挤压成形等。成形极限直接反映在冲压加工过程中，它可以评定板材局部成形性能，判断模具结构、冲压工艺的合理性，以便于合理选材及毛坯确定，并对冲压成形CAE分析进行验证，判断数值模拟中板料失稳。

二、传统的极限成形测量方案

常规的测量和计算应变的方法，通常使用工程应变比例软尺或者工具显微镜来测量网格变形后尺寸，然后再经过手工计算获得应变值。

1. 使用工程应变比例软尺的精度太差；显微镜无法测量尺寸较大的工件。
2. 在人工采集和处理大量离散数据的过程中，不可避免地产生各种随机误差甚至坏点，对应变分析结果造成干扰。
3. 手工测量非常繁琐，重复性工作多，特别是对于大面积的测量和分析，工作量非常大。

三、新拓的板料成形测量方案

新拓三维自主研发的XTSM板料成形网格应变测量系统，采用高分辨率测量头拍摄冲压件图像，通过计算多张照片中制备的小圆点空间坐标，可以获得汽车板料的变形和应变分布，热点区域和板材的厚度变化，计算板料三维变形，生成成形极限图。

XTSM板料成形网格应变测量系统可用于测量板料冲压过程中的应变分析，敏捷、无接触地获取板料变形的全场数据，它使板料冲压生产从过去主要靠经验判断的生产工艺，变为定量分析和计算的科学手段，数字和图表代替了以往的臆断和猜测，特别适用于对成形工艺的检验，在成形极限测量中应用前景广阔。

汽车车身用铝合金、高强钢零件板材冲压覆盖件，对冲压成形加工要求极高，达到预期标准才能满足车身零件高精度、高可靠性、高效率和低缺陷制造的要求。

图中汽车板材材料为钢材、铝材合金，过去采用现自行印制网格送往材料分析厂家进行成形极限分析。但由于汽车制造客户的要求，需要把检测工序放到厂里自行检测。经过多方调研，采用新拓三维的XTSM系统对汽车钣金材料进行应变测量及成形极限分析。

通过采用高分辨率单反数码相机或带有工业CCD相机的测量头拍摄冲压件图像，然后将采集的图像导入计算机中，以便于XTSM系统进行变形和应变分布计算。

利用摄影测量的方法，通过高精度计算多张采集的图像数据，可以获得钣金零件的变形和应变分布，热点区域和板材的厚度变化（假定体积不变），计算板料三维变形，生成成形极限图。

本次测试共做了3组车身不同部位钣金板料的演示，采用冲压成形技术，使板料在模具的作用下发生变形，并获得一定形状、尺寸特点的钣金工件，通过板料冲压测试钣金工件能够达到预期的需求指标。

车前盖板应变分析及成形极限曲线：

车底板应变分析及成形极限曲线：

车前盖板多块拼接，输出成形极限图（FLD）：

汽车车身用铝合金板材的冲压成形，受到材料力学性能与微观组织结构、冲压工艺参数与模具形状设计等条件的限制。采用新拓三维XTSM系统可测量板材在冲压过程中的安全裕度数据，板料变薄率数据可反映在测量数据报告中，根据测试结果获取了板材各向异性屈服数据，板材成形极限曲线。

从现代汽车的设计、制造、使用和市场要求看，汽车制造业对板材高效成形、精密成形提出了更高的要求，在汽车覆盖件等板材成形技术及其装备方面，更需引入板材成形数字化技术，同时在成形技术与装备方面进行同步革新，才能满足现代汽车制造对于车体轻量化、外形多样化以及制造低成本化的要求。