AA6082铝合金热冲压成形控性规律研究及工艺优化
发布时间：2019-11-17 00:46
【摘要】：近年来,汽车轻量化成为汽车制造业发展的主要方向之一。铝合金因为具有密度小、比强度高、抗腐蚀强、可回收再利用等优点,成为实现汽车减重的主要轻量化材料。而铝合金在室温下成形能力有限,铝合金热冲压成形工艺则可以提高材料的成形性,生产形状复杂的汽车零件。铝合金热冲压工艺过程是先将铝合金板料加热至固溶温度,保温一定时间后转移到冷模具中进行热冲压成形,同时保压淬火冷却,然后进行时效强化处理。在AA6082铝合金热冲压工艺中存在许多科学问题和工程问题：板料热成形过程中的粘塑性特性和高温变形行为,热冲压工艺对材料力学性能的影响规律,热冲压工艺参数对冲压件成形的影响规律等等。因此,本文开展了对铝合金热冲压工艺成形控性规律的研究和工艺的优化。利用热模拟实验对AA6082铝合金的高温力学行为进行了研究,并分析了热拉伸试件断口附近表面和断口形貌。AA6082铝合金损伤断裂机理主要为微孔洞的形核、长大和聚合,最终导致断裂。基于该损伤演化机理,建立了相应的损伤演化方程,方程中考虑了应变、应变速率、损伤值、损伤变化率和成形温度等因素。将损伤演化方程耦合入基于位错密度的统一粘塑性本构方程中,建立耦合损伤变量的AA6082铝合金材料本构模型。利用遗传算法工具箱确定模型中的材料常数。可以实现对铝合金高温力学行为的预测和因损伤引起的流变应力陡降段的描述,较好地反映材料高温变形本质规律。利用Gleeble热模拟实验机,研究了变形量和变形速率对材料的力学性能的影响规律。建立形变强化模型,模型考虑了材料变形的影响、沉淀相强化效应、位错强化效应和固溶溶质强化效应等。该模型实现了对铝合金热冲压成形件性能变化较准确的预测。通过实验研究,对AA6082铝合金热处理工艺参数的影响规律进行研究。揭示了固溶时间、固溶温度、淬火方式、时效等对试件力学性能和断口形貌的影响规律。通过多目标优化算法NSGA-Ⅱ对成形件抗拉强度和延伸率进行优化,获得优化工艺参数。论文设计加工了铝合金杯形件热冲压模具,并建立相应的仿真模型,进行了铝合金杯形件热冲压实验和数值模拟。研究了铝合金热冲压成形规律,分析了热冲压中存在的成形缺陷和损伤断裂行为及机理。通过田口弘一实验设计和数理统计方法,进行热冲压工艺参数对冲压件成形性影响的显著性分析,量化了工艺参数对热冲压成形件的厚度最小值和厚度均匀性的影响程度。研究结果表明压边力和摩擦系数对厚度最小值影响显著,影响程度分别为35.3%和34.9%；冲压速度对零件厚度均匀性影响显著(40.4%)。并分析了压边力、摩擦系数和冲压速度对热冲压成形性的影响,揭示了工艺参数对冲压件的厚度分布、最小厚度、厚度均匀性、应变路径和失效形式的影响规律。对有限元仿真软件进行二次开发,通过Fortran语言编制程序,将铝合金形变强化模型写入有限元软件的主程序中,实现对零件性能的仿真模拟预测。本文进行了铝合金汽车隔板零件的成形性分析和冲压实验试制。采用数值模拟的方法,分析了热冲压汽车板件的应力、应变、厚度分布、减薄和成形精度的变化规律。本文采用响应面法分析了板料初始成形温度和压边力对减薄率和成形精度误差的影响规律。结果表明：成形件的减薄率随着板料初始成形温度和压边力的增大而增加；成形精度误差随着板料初始成形温度和压边力的增大而下降,通过进行多目标优化,可以得到Pareto最优解。进而在保证减薄率和成形精度误差都相对较小的情况下,确定优化的铝合金热冲压板形件的工艺参数。通过UG软件设计汽车隔板零件的热冲压模具,编制机加工程序,通过D165高速铣削加工中心进行模具加工,并进行了该零件的热冲压实验。仿真与实验结果具有较好的一致性,实验件具有较好的成形精度和性能。通过对热冲压铝合金汽车板件成形和成性规律的探索和分析,为热冲压工艺在汽车板件制造中的应用提供一定的理论参考。
【图文】：
金板在热冲压工艺中的性能变化。Ｆａｎ等［１９３也研究了热冲压工艺中，材料热逡逑处理条件和模具温度对侣合金板材的热成形及萍火一体化工艺的成形件强度逡逑的影响规律，同时利用ＴＥＭ和ＳＥＭ方法对其强化机理进行了探索。图２－１逡逑为６Ａ０２铅合金板材在不同固溶时间和时效条件下，，进行热成形后的成形件逡逑的强度的变化规律。逡逑－逦立ａ邋Ｍ服谢化逦圆邋１００．邋ｆ伽j9；ｌ＂：ｘｉ２０ｈ邋ｍ逡逑强四扭拉强＾曑Ｉ邋Ｉ晋．人［时效：－Qā＃桢澹慑义希椋殄澹殄澹慑澹蓿辏殄澹保卞义希靛蝄⊙螅樱蚣洌恚椋铄澹担板蜰B时效媝愤邋ＡＸＢ愧逡逑图２－１不同热处理条件对硬度的影响逡逑（ａ）不同固溶时间；（ｂ巧同时效方式逡逑吉林大学的曹德闯等通过数值模拟方法，进行了通过热成形及冷模具逡逑浑火工艺生产汽车Ｂ－ｐｉｌｌａｒ的成形性分析。通过正交实验设计分析了不同工逡逑艺参数的影响程度。逡逑曹园园等［３２］利用创ｅｅｂｌｅ－３５００热模拟实验机研究了邋６１８１－Ｈ１８铅合金热逡逑成形工艺，发现其高温下的断后伸长率远远超过室温，且通过优化工艺参数逡逑后，热成形铅合金的抗拉强度比Ｈ１８状态提高达３４％。逡逑李琳琳等［３３］通过正交实验研究了邋６０１６－Ｈ１８铅合金热成形及烘烤时效工逡逑艺，结果表明变形温度和冷却速度的交互作用对该合金的抗拉强度影响明显，逡逑在变形温度４５０邋’Ｃ、保温时间１８０邋Ｓ、冷却速度６０邋ｋ／ｓ时，抗拉强度达到逡逑２８５ＭＰａ0逡逑北京科技大学的王宝雨老师和傅垒通过有限元和实验的方法
中南大学的Ｚｈａｎｇ等ｔＷ，研究了包含片状和棍状的强化相的铅合金孺变逡逑时效强化规律，并建立相应的孺变时效本构模型。文中将强化相形状抽象成逡逑圆片形和细长的针状（图２－４），ｑ、１、ｈ和ｄ用来具体描述强化相的尺寸。逡逑（ａ）逦逦邋Ｗ逡逑導k五义嫌耄危皴澹藉澹欤溴义贤迹玻闯恋硐嗉负渭蚧煎义希ǎ幔┰残吻傻硐啵唬ǎ猓┱胄纬恋硐噱义衔闹薪⒌娜浔涫毙炕饕悸橇隋澹炔糠郑直鹞汗倘苋苤是炕义铣恋硐嗲炕臀淮砬炕ㄍ迹玻担ｅ义希保埃义
本文编号：2562092
【图文】：
金板在热冲压工艺中的性能变化。Ｆａｎ等［１９３也研究了热冲压工艺中，材料热逡逑处理条件和模具温度对侣合金板材的热成形及萍火一体化工艺的成形件强度逡逑的影响规律，同时利用ＴＥＭ和ＳＥＭ方法对其强化机理进行了探索。图２－１逡逑为６Ａ０２铅合金板材在不同固溶时间和时效条件下，，进行热成形后的成形件逡逑的强度的变化规律。逡逑－逦立ａ邋Ｍ服谢化逦圆邋１００．邋ｆ伽j9；ｌ＂：ｘｉ２０ｈ邋ｍ逡逑强四扭拉强＾曑Ｉ邋Ｉ晋．人［时效：－Qā＃桢澹慑义希椋殄澹殄澹慑澹蓿辏殄澹保卞义希靛蝄⊙螅樱蚣洌恚椋铄澹担板蜰B时效媝愤邋ＡＸＢ愧逡逑图２－１不同热处理条件对硬度的影响逡逑（ａ）不同固溶时间；（ｂ巧同时效方式逡逑吉林大学的曹德闯等通过数值模拟方法，进行了通过热成形及冷模具逡逑浑火工艺生产汽车Ｂ－ｐｉｌｌａｒ的成形性分析。通过正交实验设计分析了不同工逡逑艺参数的影响程度。逡逑曹园园等［３２］利用创ｅｅｂｌｅ－３５００热模拟实验机研究了邋６１８１－Ｈ１８铅合金热逡逑成形工艺，发现其高温下的断后伸长率远远超过室温，且通过优化工艺参数逡逑后，热成形铅合金的抗拉强度比Ｈ１８状态提高达３４％。逡逑李琳琳等［３３］通过正交实验研究了邋６０１６－Ｈ１８铅合金热成形及烘烤时效工逡逑艺，结果表明变形温度和冷却速度的交互作用对该合金的抗拉强度影响明显，逡逑在变形温度４５０邋’Ｃ、保温时间１８０邋Ｓ、冷却速度６０邋ｋ／ｓ时，抗拉强度达到逡逑２８５ＭＰａ0逡逑北京科技大学的王宝雨老师和傅垒通过有限元和实验的方法
中南大学的Ｚｈａｎｇ等ｔＷ，研究了包含片状和棍状的强化相的铅合金孺变逡逑时效强化规律，并建立相应的孺变时效本构模型。文中将强化相形状抽象成逡逑圆片形和细长的针状（图２－４），ｑ、１、ｈ和ｄ用来具体描述强化相的尺寸。逡逑（ａ）逦逦邋Ｗ逡逑導k五义嫌耄危皴澹藉澹欤溴义贤迹玻闯恋硐嗉负渭蚧煎义希ǎ幔┰残吻傻硐啵唬ǎ猓┱胄纬恋硐噱义衔闹薪⒌娜浔涫毙炕饕悸橇隋澹炔糠郑直鹞汗倘苋苤是炕义铣恋硐嗲炕臀淮砬炕ㄍ迹玻担ｅ义希保埃义
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