铝合金控制臂等温锻造工艺与微观组织数值模拟

发布时间：2017-12-05 02:18

  本文关键词：铝合金控制臂等温锻造工艺与微观组织数值模拟

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【摘要】：控制臂是汽车悬架系统的关键零部件之一,对刚度、强度、使用寿命的要求很高,为了适应汽车轻量化的发展需求,现在很多控制臂采用铝合金6082来锻造生产。控制臂的结构复杂,导致其锻造成型工艺也比较复杂,且由于铝合金的锻造温度范围窄、粘滞力大、裂纹敏感度强等因素,铝合金控制臂的成型难度较大,在加工过程中容易产生充不满、折叠、断裂、过烧、粗晶、流线紊乱等多种缺陷。粗晶缺陷是铝合金模锻生产中常见的缺陷之一,特别是对于结构复杂的铝合金控制臂,容易在锻件表面、腹板中心、筋条与腹板交界处形成粗晶缺陷。粗晶缺陷不仅会严重降低锻件的强度,而且在锻件中的粗晶区以及由粗晶组织向细晶组织剧烈变化的过渡区,锻件的疲劳强度大大降低,严重影响锻件的使用寿命,必须加以改善和消除。研究表明,锻造过程中锻件各部位变形不均匀和表面散热过快是导致铝合金控制臂粗晶缺陷的主要原因,因此本文针对铝合金6082控制臂的锻造成型采用了等温锻造工艺,并用有限元软件DEFORM-3D对整个成型过程进行了仿真分析,主要研究内容及成果如下:1.根据控制臂的结构特点,设计了合理的成型工艺流程。通过模拟确定了铝合金控制臂的最佳锻造温度为450℃。2.对辊锻制坯工艺进行了合理的设计和计算,采用四道次辊锻和椭圆形—方形—椭圆形—圆形型槽系。合理的辊锻制坯工艺不仅有助于得到质量合格的锻件,而且有利于减小模锻件飞边,提高材料的利用率。3.通过数值模拟对冷辊锻件结构和辊锻模具进行了改进。通过增加冷辊锻件过渡段的长度,避免了锻造过程中由于毛坯结构设计不合理产生的卡压和折叠,对辊锻和弯曲模具进行了优化,消除了预锻过程中产生的折叠。4.对铝合金控制臂的成型过程进行了速度场、温度场、应力应变场多场模拟分析。预锻是整个锻造过程中变形最复杂的工序,对预锻件重点部位进行截面分析,结果表明整个锻造过程锻件中不会出现过烧和折叠、断裂缺陷,锻件流线良好。对锻造过程中各工序的模具载荷进行了预测,结果表明各模具载荷均在所选设备打击能力范围内。5.对铝合金的微观组织模拟模型进行了研究。对铝合金控制臂在等温锻造过程中晶粒尺寸演化规律进行了模拟和分析,发现在制坯过程中锻件的平均晶粒尺寸不断减小,锻件组织不断均匀和细化,平均晶粒尺寸由初始的100μm减小到弯曲后的17.7μm,预锻过程中由于晶粒长大作用明显,锻件的平均晶粒尺寸会增大,预锻结束时的平均晶粒尺寸为28.7μm,终锻结束时平均晶粒尺寸为23.3μm,达到了一级晶粒度水平。对终锻过程中的动态再结晶演化过程进行了模拟和分析。6.对铝合金控制臂的粗晶缺陷问题进行了研究,发现薄腹板中心和腹板与筋条交界处是粗晶缺陷的重灾区,而枝芽附近和大头端的粗晶问题也很严重,并且很难消除。对非等温锻造条件下的控制臂晶粒度分布进行模拟,并将等温锻造和非等温锻造终锻件的晶粒度分布情况进行对比,研究结果表明等温锻造可以显著改善铝合金控制臂的粗晶缺陷。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG316

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本文编号：1253209