6016铝合金损伤本构模型及热冲压成形模拟研究

发布时间：2020-11-19 20:02

　　 汽车工业的快速发展提高了人们的生活水平,改变了人们的出行习惯,同时也加剧了石油能源的消耗以及全球变暖问题。汽车轻量化可以有效地降低车身重量,从而降低油耗,提高能源使用效率。6016铝合金具有良好的断裂韧性、耐蚀性、抗疲劳等特点,且比强度较高,能在满足车身零部件性能的同时实现轻量化。由于铝合金的延展性差,冷冲压成形容易产生破裂及回弹等问题,且难以成形结构复杂的零部件;热成形虽然可以有效提高材料的塑性,但会降低成形件的强度,后续的时效强化会造成成形精度的下降。因此,在热成形技术的基础上发展出了在成形的同时进行保压淬火的热冲压成形技术,不仅提高了成形过程中板料的塑性,同时也满足了结构件对强度、硬度等性能的要求,并很好地解决了回弹问题。本文采用Gleeble1500热模拟实验机对6016铝合金在热冲压成形过程中的力学行为进行探究,获取变形温度在450℃、480℃和500℃,应变速率在0.1s~(-1)、1s~(-1)和10s~(-1)条件下的单轴拉伸应力应变曲线,分析损伤的演化规律。基于连续介质损伤力学和统一粘塑性本构理论,耦合位错、损伤等微观变量,构建损伤本构模型,模型可以有效地对6016铝合金高温成形过程中的均匀塑性变形、损伤破坏两个阶段进行描述。分别就三种目标函数,对模型中材料常数进行多目标遗传优化计算,并对比所确定材料常数的预测能力,从而确定材料模型中18个材料常数的最优解。利用半隐式求解法编写统一粘塑性损伤本构模型的子程序,进行高温单轴拉伸实验的有限元模拟,验证了模型的有效性。研制U型件的热冲压成形实验装置,进行成形实验。使用所开发的材料模型,对U型件的热冲压成形进行有限元数值模拟。分析了成形过程中板料的温度场、应变场、应力场、损伤演化。应变场的分析结果显示大变形量主要分布在U型件的圆角处,损伤的分布也呈现出同样的规律,且底边圆角处的损伤量最大。厚度分布模拟值和实验结果对比显示底边圆角处的厚度减薄率最大。开发的材料模型能有效地对6016铝合金在热冲压成形过程中的热变形行为进行预测。模型在实际零部件的热冲压成形工艺设计中具有积极作用,能够应用在实际生产设计中。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG306;TG146.21
【部分图文】：

由于铝合金板材的局部拉延性不好，室温状态下直接冲压成形容易破裂，难控制，因此为了得到冷成形的铝合金结构件，通用汽车公司采用了中间压相结合的冷成形方法[14]，其工艺过程如图 1.1 所示[15]。应变极限为板料受的一次冷冲压成形的进给量，根据进给量合理设置冲压量并进行预冲压预成形的板料进行中间退火，将中间退火的板料转移至成形设备中进行形。铝合金的冷成形过程中仍突显出很多问题，Golovashchenko S 和 Krau了提高冷成形铝合金结构件的成形性，利用中间退火-冷冲压相结合的冷术并在中间退火这一阶段将成形件置于炉内整体进行热处理，重复多次操出铝合金 6111-T4 杯凸件。该实验将铝合金的延伸率进行了极大地提高，材料的 25%提高至了 45%。拉伸实验数据表明退火温度在 250℃时，退火s 并不影响后续的时效处理。Wang K 等人[17]探究了中间退火条件对 6000 铝合金冷冲压成形件性能的影响，研究表明 425℃时退火处理 10s 可以明材料的塑性，但是会显著降低成形件的强度。

成形技术成形工艺流程如图 1.2 所示，先将铝合金等高强度轻加热到 200℃~400℃，以便金属材料可以获得理想的料迅速移至成形模具装置内进行冲压成形，从而获得回弹以及较高强度的轻质合金结构件。依据铝合金温成形分为等温成形(Ⅱ)和非等温成形(Ⅰ和Ⅲ)两大类料和模具的温度较接近，因此板料在成形过程中温度温成形过程中由于板料和模具之间存在着较大的温，当模具温度远低于板料温度时，板料温度会大幅高时，板料温度会发生一定幅度地上升，而在工业化的温度都会存在较大温差，多为非等温成形。

合金中的应用。冲压成形技术铝合金得到了极大的发展，但是大规模的向整个行业金板料的局部延展性较差，冷成形容易产生裂纹，并较复杂时冷成形难以实现加工成形；温成形技术对工大规模生产；普通热成形技术虽然极大地提高了板强度。因此为保证成形件的结构尺寸精度以及机械少的，借鉴于高强度硼钢板材热冲压技术的成功，逐铝合金板材成形的领域中。图 1.3 展示了目前汽车上技术制造的结构件，主要有保险杠、门槛、B 柱、构等。
【参考文献】

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本文编号：2890372