汽车用铝合金控制臂热成形工艺与性能研究
发布时间：2021-01-13 07:50
汽车轻量化是汽车行业发展的必然趋势,由于铝合金具有较高的比强度和比刚度的同时具有良好的成形性和抗腐蚀性,所以以铝代钢成为了汽车轻量化的重要途径之一。控制臂是汽车悬架系统中的重要安全部件,其性能的好坏直接影响汽车的使用性能,所以对其强度、抗疲劳性等有严格的要求。本文所研究对象为6082铝合金两点控制臂,其形状复杂,锻造工艺参数和热处理参数都会影响控制臂的性能。本文研究的主要目的是制定6082铝合金控制臂的合理的锻造工艺方案和热处理方案。本文采用数值模拟与工艺试验相结合的方法,从锻造和热处理两方面来研究热成形工艺参数对产品组织和性能的影响,从而制定合理的锻造和热处理工艺方案。根据铝合金控制臂锻件的特点,将锻造工艺制定为楔横轧、弯曲、二次加热、预锻、终锻。首先借助数值模拟软件研究了模具温度对锻件温度场的影响,模具温度分别设置为200℃、300℃和400℃,模拟结果表明模具温度每升高100℃锻件温度会升高5℃左右,并且通过工艺试验发现,随着模具温度升高锻件的机械性能有所提高,同时锻件的粗晶情况也得到改善;利用数值模拟的方法研究坯料转移时间对锻件温度场的影响,将每道工序后坯料的转移时间分别设置为...
【文章来源】：机械科学研究总院北京市
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１铝合金相图??
?机械科学研宄总院硕士学位论文???第二章铝合金控制臂锻造工艺研究??２．１铝合金控制臂锻件特点??汽车控制臂是汽车悬架系统的关键零部件之一，它的质量和性能对汽车的使用??起到至关重要的影响。控制臂在整个系统中起导向和传力的作用，并且在汽车的使??用过程中承受着复杂的应力应变作用，所以对刚度、强度、使用寿命的要求非常高。??本文所研宄的铝合金控制臂锻件图如图２－１所示。??（ａ）锻件三维图?（ｂ）锻件二维图??图２－１铝合金控制臂锻件图??从图中可以看出此控制臂有以下几种特征：１、此控制臂属于两点臂，零件两??头部体积较大，中间部分较薄，整体横截面积不均匀。２、其轴线形状为多向弯曲??的曲线，在长度方向上，其截面积差值较大。３、锻件中部弯曲程度较大。４、此零??件表面基本由曲面组成，所以分模面为形状复杂的曲面。这些因素都给它的锻造过??程增加了难度。??２．２铝合金控制臂锻造工艺分析??根据本文所研宄的铝合金控制臂的形状特点，制定楔横轧、弯曲、二次加热、??预锻、终锻五步锻造工艺，由于受现场生产条件的限制，很难在弯曲后的短时间内??进行预锻终锻，所以在弯曲后增加二次加热工序。到现在为止，国内大多生产铝合??金控制臂的工厂仍然采用自由锻的方式来制坯，这种方式工作效率低，同时操作起??来难度较大对工人要求高。而楔横轧工艺只需将加热好的棒料放入到两轧辊的中间，??两乳棍同时旋转，通过乳辊的运动带动棒料旋转，使棒料产生横向的扩展、轴向延??伸和径向压缩，用来制成符合形状要求的轴类零件的一种加工方法。图２－２为楔横??乳原理图。??９??
?机械科学研究总院硕士学位论文???幸纛??卜轧辊孔型，２－轧件，３－导板??图２－２楔横轧原理图??楔横轧工艺是先进的现代化的金属塑性成形技术，它可以使轴类零件更好的成??形。在机械制造行业中有很大的用途，它可以为复杂的零件提供更接近零件形状的??预制坯料，使锻件更好成形［４３乜??铝合金的楔横轧工艺具有以下几种特点：??（１）采用楔横轧制坯，可以提高生产效率，一般情况下，一台楔横轧设备生??产一个产品需要花费三到八秒的时间，是传统加工生产方式的五到十倍。??（２）使用楔横轧工艺得到的产品质量好，金属材料在高温下被轧辊挤压成型，??在坯料成型过程中金属发生塑性流动金属流线连续完整，所得到的锻件组织性能更??好，乳制后的铝合金锻件晶粒得到细化［４４］，机械性能良好。??（３）采用楔横轧工艺制坯可以提高材料的利用率，一般情况下材料利用率可??以达到百分之八十到百分之九十五，而采用自由锻方法制坯得到的零件，材料利用??率通常只有百分之七十左右甚至更少，由此可见，采用楔横乳材料利用率高可以节??省很多的生产成本。??（４）楔横轧工艺成形吨位校楔横轧是局部成形的工艺，它的成形力一般比??模锻的成形力小很多。??（５）楔横轧模具使用寿命长。模具的平均寿命大概可以提高１０倍左右，适合??用于大批量产品的生产，一套模具通常可以轧制八到二十万件铝合金产品［４５４６１。??铝合金楔横轧工艺与传统机加工相比，克服了机加工方法中锻件流线不完整的??情况，而且在生产过程中产生的噪音较小，不需要使用冷却润滑液等有害材料，比??较环保可以降低环境污染，而且楔横轧的使用大大减少了人工操作的步骤，节约了??生产成本。??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]2A50铝合金锻件粗晶缺陷分析及防治措施[J]. 苑恒轶,赵金莹. 吉林工程技术师范学院学报. 2019(09)
[2]锻造模具升温及冷却润滑技术[J]. 曾琦,蒋鹏,任学平,吴鑫波,张文远. 锻压技术. 2017(12)
[3]铝合金轧制成形的研究与现状[J]. 左德运,赵伟,李志,张卫东. 黑龙江科技信息. 2017(14)
[4]固溶处理对6082铝合金棒材粗晶环和力学性能的影响[J]. 向晶,谢尚昇,李剑,覃珊,周文标. 热加工工艺. 2016(20)
[5]固溶温度对6082铝合金显微组织与性能的影响[J]. 刘胜胆,陈小连,张端正,邓运来,张新明. 中国有色金属学报. 2015(03)
[6]Al-Mg-Si合金时效早期显微组织演变及其对强化的影响[J]. 汪波,王晓姣,宋辉,严菊杰,邱涛,刘文庆,李慧. 金属学报. 2014(06)
[7]等温锻造研究现状[J]. 张泽磊,李海荣,杨刚. 热加工工艺. 2014(01)
[8]固溶温度对6061铝合金组织和性能的影响[J]. 李慎兰,黄志其,蒋福利,陈维平,刘志铭,戚文军. 材料热处理学报. 2013(05)
[9]锻造工艺对7A09铝合金锻件晶粒组织的影响[J]. 黄映霞. 失效分析与预防. 2012(02)
[10]热处理工艺对6082铝合金型材和棒材力学性能的影响[J]. 刘显东. 轻合金加工技术. 2011(08)
硕士论文
[1]锻造工艺参数对6082铝合金组织演变影响规律的研究[D]. 刘维坊.机械科学研究总院 2016
[2]镁合金支撑梁等温半闭式模锻成形工艺仿真与实验研究[D]. 何海林.中南大学 2014
[3]汽车铝合金转向节锻造成形模拟与试验研究[D]. 王泽文.重庆大学 2010
本文编号：2974511
【文章来源】：机械科学研究总院北京市
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１铝合金相图??
?机械科学研宄总院硕士学位论文???第二章铝合金控制臂锻造工艺研究??２．１铝合金控制臂锻件特点??汽车控制臂是汽车悬架系统的关键零部件之一，它的质量和性能对汽车的使用??起到至关重要的影响。控制臂在整个系统中起导向和传力的作用，并且在汽车的使??用过程中承受着复杂的应力应变作用，所以对刚度、强度、使用寿命的要求非常高。??本文所研宄的铝合金控制臂锻件图如图２－１所示。??（ａ）锻件三维图?（ｂ）锻件二维图??图２－１铝合金控制臂锻件图??从图中可以看出此控制臂有以下几种特征：１、此控制臂属于两点臂，零件两??头部体积较大，中间部分较薄，整体横截面积不均匀。２、其轴线形状为多向弯曲??的曲线，在长度方向上，其截面积差值较大。３、锻件中部弯曲程度较大。４、此零??件表面基本由曲面组成，所以分模面为形状复杂的曲面。这些因素都给它的锻造过??程增加了难度。??２．２铝合金控制臂锻造工艺分析??根据本文所研宄的铝合金控制臂的形状特点，制定楔横轧、弯曲、二次加热、??预锻、终锻五步锻造工艺，由于受现场生产条件的限制，很难在弯曲后的短时间内??进行预锻终锻，所以在弯曲后增加二次加热工序。到现在为止，国内大多生产铝合??金控制臂的工厂仍然采用自由锻的方式来制坯，这种方式工作效率低，同时操作起??来难度较大对工人要求高。而楔横轧工艺只需将加热好的棒料放入到两轧辊的中间，??两乳棍同时旋转，通过乳辊的运动带动棒料旋转，使棒料产生横向的扩展、轴向延??伸和径向压缩，用来制成符合形状要求的轴类零件的一种加工方法。图２－２为楔横??乳原理图。??９??
?机械科学研究总院硕士学位论文???幸纛??卜轧辊孔型，２－轧件，３－导板??图２－２楔横轧原理图??楔横轧工艺是先进的现代化的金属塑性成形技术，它可以使轴类零件更好的成??形。在机械制造行业中有很大的用途，它可以为复杂的零件提供更接近零件形状的??预制坯料，使锻件更好成形［４３乜??铝合金的楔横轧工艺具有以下几种特点：??（１）采用楔横轧制坯，可以提高生产效率，一般情况下，一台楔横轧设备生??产一个产品需要花费三到八秒的时间，是传统加工生产方式的五到十倍。??（２）使用楔横轧工艺得到的产品质量好，金属材料在高温下被轧辊挤压成型，??在坯料成型过程中金属发生塑性流动金属流线连续完整，所得到的锻件组织性能更??好，乳制后的铝合金锻件晶粒得到细化［４４］，机械性能良好。??（３）采用楔横轧工艺制坯可以提高材料的利用率，一般情况下材料利用率可??以达到百分之八十到百分之九十五，而采用自由锻方法制坯得到的零件，材料利用??率通常只有百分之七十左右甚至更少，由此可见，采用楔横乳材料利用率高可以节??省很多的生产成本。??（４）楔横轧工艺成形吨位校楔横轧是局部成形的工艺，它的成形力一般比??模锻的成形力小很多。??（５）楔横轧模具使用寿命长。模具的平均寿命大概可以提高１０倍左右，适合??用于大批量产品的生产，一套模具通常可以轧制八到二十万件铝合金产品［４５４６１。??铝合金楔横轧工艺与传统机加工相比，克服了机加工方法中锻件流线不完整的??情况，而且在生产过程中产生的噪音较小，不需要使用冷却润滑液等有害材料，比??较环保可以降低环境污染，而且楔横轧的使用大大减少了人工操作的步骤，节约了??生产成本。??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]2A50铝合金锻件粗晶缺陷分析及防治措施[J]. 苑恒轶,赵金莹. 吉林工程技术师范学院学报. 2019(09)
[2]锻造模具升温及冷却润滑技术[J]. 曾琦,蒋鹏,任学平,吴鑫波,张文远. 锻压技术. 2017(12)
[3]铝合金轧制成形的研究与现状[J]. 左德运,赵伟,李志,张卫东. 黑龙江科技信息. 2017(14)
[4]固溶处理对6082铝合金棒材粗晶环和力学性能的影响[J]. 向晶,谢尚昇,李剑,覃珊,周文标. 热加工工艺. 2016(20)
[5]固溶温度对6082铝合金显微组织与性能的影响[J]. 刘胜胆,陈小连,张端正,邓运来,张新明. 中国有色金属学报. 2015(03)
[6]Al-Mg-Si合金时效早期显微组织演变及其对强化的影响[J]. 汪波,王晓姣,宋辉,严菊杰,邱涛,刘文庆,李慧. 金属学报. 2014(06)
[7]等温锻造研究现状[J]. 张泽磊,李海荣,杨刚. 热加工工艺. 2014(01)
[8]固溶温度对6061铝合金组织和性能的影响[J]. 李慎兰,黄志其,蒋福利,陈维平,刘志铭,戚文军. 材料热处理学报. 2013(05)
[9]锻造工艺对7A09铝合金锻件晶粒组织的影响[J]. 黄映霞. 失效分析与预防. 2012(02)
[10]热处理工艺对6082铝合金型材和棒材力学性能的影响[J]. 刘显东. 轻合金加工技术. 2011(08)
硕士论文
[1]锻造工艺参数对6082铝合金组织演变影响规律的研究[D]. 刘维坊.机械科学研究总院 2016
[2]镁合金支撑梁等温半闭式模锻成形工艺仿真与实验研究[D]. 何海林.中南大学 2014
[3]汽车铝合金转向节锻造成形模拟与试验研究[D]. 王泽文.重庆大学 2010
本文编号：2974511
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