高强铝合金板料高效率热冲压工艺及高温流变和摩擦行为研究

发布时间：2020-04-15 09:56

【摘要】：随着人们对节能减排和汽车轻量化的日益重视,越来越多的铝合金被用于制造汽车车身零件。为了解决铝合金板料成形中的破裂、回弹及热处理过程中的热变形问题,可热处理强化铝合金板料的热冲压技术应用而生,且处于初步研究阶段。但固溶、时效时间长,零件表面易损伤等问题限制了该技术在工业化生产中的应用。为了解决上述问题,本文以高强铝合金6061和7075板料为研究对象,针对其高温流变行为及本构模型、热冲压生产时的高效固溶和时效工艺及流程控制、热冲压成形过程中的高温摩擦和润滑行为及摩擦系数测量、全尺寸复杂铝合金零件的热冲压成形工艺及破裂机理等方面展开了研究。基于热冲压成形性研究及数值模拟的需求,采用高温拉伸实验获得了6061-T6和7075-T6两种铝合金的应力-应变曲线,分别使用Cowper Symonds和应变修正的Arrhenius本构模型对其高温流变行为进行了表征,并分析比较了两种本构模型对流变应力的预测能力。固溶温度和时间是铝合金热冲压中的重要参数,因此研究了不同固溶温度和时间对6061和7075铝合金力学性能的影响,确定了两种铝合金的固溶温度和时间。基于有限差分法对6061铝合金的固溶过程进行了数值模拟,结合理论分析和实验验证计算结果的合理性和可靠性,为铝合金固溶工艺优化提供参考和指导。在上述基础上提出了铝合金的高效固溶工艺,利用在铝合金表面喷涂BN等方法提升了铝合金表面的发射率(吸收率),使得铝合金固溶加热时间缩短到3~5min;并且喷涂的BN在成形过程中可以当做润滑剂使用,大大提升铝合金热冲压过程中的成形性。基于缩短时效时间和提升铝合金热冲压生产流程连续性的需求,研究了6061和7075两种铝合金的停放效应;结合热冲压工艺及汽车工业中的烤漆处理对6061和7075铝合金进行了热冲压时效优化研究;并在上述基础上研究了铝合金热冲压生产的流程控制。最终6061铝合金热冲压后的预时效处理缩短到5~10min;7075获得不低于95%的供货态T6强度时时效时间缩短到1~6h,缩短为原来的4.2%~25%;高效率热冲压工艺提升了6061和7075铝合金热冲压生产流程的连续性,降低了设备投入和能耗。板料与模具之间的摩擦磨损是铝合金热冲压生产中不可忽视的问题,直接影响产品质量和模具寿命。使用高温摩擦试验机UMT-Tribolab研究了6061铝合金在不同法向载荷和温度下的摩擦行为,测量了摩擦系数。在此基础上,为了更加真实模拟铝合金热冲压过程中板料与模具之间的摩擦磨损行为,利用课题组自行研发的高温摩擦试验机研究了6061铝合金在不同温度和润滑条件下的摩擦行为,测量了摩擦系数。综合两种实验装置的测试结果,阐明了铝合金热冲压过程中的摩擦磨损机理,获得了干摩擦和润滑条件下的摩擦系数,为铝合金热冲压的数值模拟和实际生产工艺提供了参考。为了研究铝合金热冲压生产中的成形性及润滑,采用6061-T6和7075-T6铝合金在工业生产线上热冲压成形了全尺寸的B柱,并结合热拉伸实验、摩擦实验和有限元数值模拟阐明了铝合金热冲压过程中零件破裂的原因,提出了避免铝合金在热冲压过程中破裂的措施,为工业生产提供指导。
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中国汽车工业,协会,数据整理,数据

1-1 2009-2017 年中国汽车产销量（根据中国汽车工业协会数据整uction and sales of automobile in China in 2009~2017 (soure: China Aation)

拟合曲线,乘用车,燃料消耗量,部分国家

2图 1-2 部分国家和组织乘用车 CO2排放标准和燃料消耗量标准（数据来源：Novelis 公司）gure 1-2 Passenger car CO2emissions and fuel consumption in different countries or organizaoure: Novelis)有关研究表明，，乘用车重量每减少10%，可节约燃油6%-8%，并且减少排放4% 1-3 表示的是不同重量乘用车百公里燃油消耗量的实测值以及拟合曲线。可以看公里油耗和汽车重量近似成线性关系。以车身重量为 1500 kg 为例，用图 1-3 中
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306;TG146.21

【参考文献】