在當今發(fā)動機技術提升難度日益加大，新能源動力電池效率不盡如人意的背景下，不論對傳統(tǒng)燃油汽車，混動汽車還是純電汽車，輕量化技術都是一項共性的基礎技術。材料的成形性技術則是材料輕量化的一個重要技術要素。

使用鋁合金、高強鋼在內的新型輕質材料，可實現(xiàn)減小汽車自身重量，以達到節(jié)能的目的。因此輕質材料的成形技術具有廣闊的應用前景。鋁合金板材的成形是一個涉及到熱、力、微觀等多參數(shù)耦合的非線性過程，需對其進行沖擊成形極限進行研究，以達到汽車車身板料成形的應用標準。

一、板料成形測量的需求

鋁合金作為一種具備多種優(yōu)良性能的輕質材料，成為目前汽車輕量化技術的首選材料。車身質量占汽車總質量的40%左右，對于整車的輕量化而言，車身的輕量化起著舉足輕重的作用。

汽車車身用鋁合金零件關鍵制造技術，包括鋁合金汽車板材成形工藝、板材溫沖壓成形技術、型材擠壓成形等。成形極限直接反映在沖壓加工過程中，它可以評定板材局部成形性能，判斷模具結構、沖壓工藝的合理性，以便于合理選材及毛坯確定，并對沖壓成形CAE分析進行驗證，判斷數(shù)值模擬中板料失穩(wěn)。

二、傳統(tǒng)的極限成形測量方案

常規(guī)的測量和計算應變的方法，通常使用工程應變比例軟尺或者工具顯微鏡來測量網(wǎng)格變形后尺寸，然后再經(jīng)過手工計算獲得應變值。

1. 使用工程應變比例軟尺的精度太差；顯微鏡無法測量尺寸較大的工件。
2. 在人工采集和處理大量離散數(shù)據(jù)的過程中，不可避免地產生各種隨機誤差甚至壞點，對應變分析結果造成干擾。
3. 手工測量非常繁瑣，重復性工作多，特別是對于大面積的測量和分析，工作量非常大。

三、新拓的板料成形測量方案

新拓三維自主研發(fā)的XTSM板料成形網(wǎng)格應變測量系統(tǒng)，采用高分辨率測量頭拍攝沖壓件圖像，通過計算多張照片中制備的小圓點空間坐標，可以獲得汽車板料的變形和應變分布，熱點區(qū)域和板材的厚度變化，計算板料三維變形，生成成形極限圖。

XTSM板料成形網(wǎng)格應變測量系統(tǒng)可用于測量板料沖壓過程中的應變分析，敏捷、無接觸地獲取板料變形的全場數(shù)據(jù)，它使板料沖壓生產從過去主要靠經(jīng)驗判斷的生產工藝，變?yōu)槎糠治龊陀嬎愕目茖W手段，數(shù)字和圖表代替了以往的臆斷和猜測，特別適用于對成形工藝的檢驗，在成形極限測量中應用前景廣闊。

汽車車身用鋁合金、高強鋼零件板材沖壓覆蓋件，對沖壓成形加工要求極高，達到預期標準才能滿足車身零件高精度、高可靠性、高效率和低缺陷制造的要求。

圖中汽車板材材料為鋼材、鋁材合金，過去采用現(xiàn)自行印制網(wǎng)格送往材料分析廠家進行成形極限分析。但由于汽車制造客戶的要求，需要把檢測工序放到廠里自行檢測。經(jīng)過多方調研，采用新拓三維的XTSM系統(tǒng)對汽車鈑金材料進行應變測量及成形極限分析。

通過采用高分辨率單反數(shù)碼相機或帶有工業(yè)CCD相機的測量頭拍攝沖壓件圖像，然后將采集的圖像導入計算機中，以便于XTSM系統(tǒng)進行變形和應變分布計算。

利用攝影測量的方法，通過高精度計算多張采集的圖像數(shù)據(jù)，可以獲得鈑金零件的變形和應變分布，熱點區(qū)域和板材的厚度變化（假定體積不變），計算板料三維變形，生成成形極限圖。

本次測試共做了3組車身不同部位鈑金板料的演示，采用沖壓成形技術，使板料在模具的作用下發(fā)生變形，并獲得一定形狀、尺寸特點的鈑金工件，通過板料沖壓測試鈑金工件能夠達到預期的需求指標。

車前蓋板應變分析及成形極限曲線：

車底板應變分析及成形極限曲線：

車前蓋板多塊拼接，輸出成形極限圖（FLD）：

汽車車身用鋁合金板材的沖壓成形，受到材料力學性能與微觀組織結構、沖壓工藝參數(shù)與模具形狀設計等條件的限制。采用新拓三維XTSM系統(tǒng)可測量板材在沖壓過程中的安全裕度數(shù)據(jù)，板料變薄率數(shù)據(jù)可反映在測量數(shù)據(jù)報告中，根據(jù)測試結果獲取了板材各向異性屈服數(shù)據(jù)，板材成形極限曲線。

從現(xiàn)代汽車的設計、制造、使用和市場要求看，汽車制造業(yè)對板材高效成形、精密成形提出了更高的要求，在汽車覆蓋件等板材成形技術及其裝備方面，更需引入板材成形數(shù)字化技術，同時在成形技術與裝備方面進行同步革新，才能滿足現(xiàn)代汽車制造對于車體輕量化、外形多樣化以及制造低成本化的要求。