铝合金成形工艺研究及数值模拟

发布时间：2020-08-10 10:43

【摘要】：随着社会的进步,人类环保意识的提高,燃油车排放对环境的污染得到了各国的普遍关注,世界上各大汽车制造企业都在积极布局新能源汽车领域,而车辆轻量化对于新能源汽车而言具有重要的意义。与钢铁材料相比,铝合金具有质量轻、塑性好、比刚度和比强度高等优点。随着铝合金加工技术的不断进步,铝合金制件在汽车零部件上的使用将会越来越多。铝合金控制臂是汽车悬架系统的重要部件之一,它在悬架系统中起导向和传力的作用,对刚度、强度和使用寿命的要求非常高,目前铝合金控制臂的成形主要采用锻造工艺。由于铝合金的锻造温度范围窄及挤压铝合金成型时的各向异性,在锻造成形过程中容易出现折叠、充不满、流线紊乱和粗晶等多种缺陷。这些缺陷会严重降低锻件的强度,影响零件的使用寿命。为此本文运用CATIA绘图软件和Deform数值模拟软件对材料为6082铝合金控制臂的等温锻造成形过程进行模拟分析。并对铝合金厚板折弯工艺进行了理论和实验研究。主要研究内容及成果如下:1.根据控制臂的结构特点,设计了下料→加热→辊锻制坯→弯曲→模锻→切边→整型→热处理的加工工艺流程。并对辊锻、弯曲、模锻工序进行了模具设计和计算。2.通过对辊锻过程的有限元模拟分析,优化了辊锻模具结构,从而避免在辊锻过程中坯料出现弯曲,飞边和凹陷等缺陷。对弯曲和模锻过程进行模拟分析,优化了辊锻件的结构和尺寸,改进了弯曲和模锻模具的设计,从而保证能够加工出合格的锻件。3.对成型过程进行了速度场、温度场、应力应变场模拟分析。分析表明在整个辊锻过程中,坯料内部的金属流动所形成的流线与辊锻件的轴线方向保持一致,分布均匀,未产生交织和紊乱现象。夹持端和小头由于未发生变形基本保持在加热温度480℃,中间杆部变形量最大,最高温度达到527℃。模锻时,由于多余的坯料从飞边槽的桥部流出,因此在此处坯料的应力明显高于其它部分,最大应力达到46MPa。模锻最大载荷约为4800KN。4.对辊锻和模锻成型过程进行晶粒度模拟分析结果如下:(1)坯料辊锻过程中,晶粒的形状发生的变化为:在辊锻模具压力和热能的共同作用下,大尺寸晶粒晶界处形核,并长大成柱状晶,然后在变形过程中,柱状晶转变为等轴晶。最后得到细化的等轴晶晶粒。(2)模锻模拟过程中,坯料内部组织的晶粒形状和尺寸的变化趋势与辊锻过程的变化趋势是一致的,即原始大晶粒首先转变为柱状晶,然后再转变为等轴晶,最后锻件组织得到细化,锻件的力学性能得到提高。5.介绍了铝合金厚板在折弯成形时,其外表面产生压痕的现状和处理方法,以及现有技术在解决板料折弯压痕方面的局限性。论述了产生压痕的各项影响因素。提出新的解决方案并进行了详尽的可行性分析。在理论分析的基础上,开发出能够适用于厚板、大圆角半径折弯件的半轴翻板式无压痕折弯模。通过实际应用,验证这种新结构的模具非常有效,完全消除厚板折弯件表面的压痕,从而改善折弯件的表面质量。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306

【相似文献】