汽车用轻量化铝合金板材温成形极限研究

发布时间：2017-05-25 09:11

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【摘要】：现代汽车技术的三大发展主题为安全、节能、环保。为应对这一发展趋势,汽车轻量化技术应运而生,而车身材料的轻量化是推动汽车轻量化的关键。材料的成形性技术则是材料轻量化的一个重要课题。选用包括铝合金在内的新型轻质材料可实现减小汽车自身重量,以达到节能的目的。因此铝合金的成形技术具有广阔的技术发展和实际应用前景。铝合金具有较高的比强度、良好的耐蚀性、可焊性、可回收性；但其冷成形性能、塑性性能相对较差。提升成形温度可使其塑性提高、形变抗力降低,因此铝合金温成形技术应运而生。 汽车车身用铝合金板材的温成形是一个涉及到热、力、微观等多参数耦合的非线性过程,其温冲压工艺的应用受到材料力学性能与微观组织结构、冲压工艺参数与模具形状设计等条件的限制。在金属板材的塑性成形中,成形极限图(Forming limit diagram-FLD)是判断其成形成功与否的一个重要判据。针对特定材料的FLD的实验获取方法比较复杂且如加载路径、应变速率、成形温度等的影响因素众多。尽管国内外诸多学者已对高强钢、铝合金等轻量化材料在室温下的FLD进行了大量的研究,然而,对铝合金板材在温成形条件下成形极限图的研究还鲜有涉及。有鉴于此,本文以汽车车身用轻量化6000系Al-Mg-Si合金为研究对象,围绕其在温成形温度范围内的材料本构关系、屈服准则及各向异性特性,对其温热成形极限图(TFLD, Thermal Forming Limit Diagram)的试验获取方法、理论预测及其在温成形条件下的有限元数值仿真和铝合金温冲压成形的界面热接触特性等进行了实验与理论研究。 首先进行了25～400℃不同温度、两种不同应变速率下的6061-T6铝合金板材单向拉伸试验,获得了6061-T6铝合金板材在温成形温度范围内的热力特性,根据试验结果建立了考虑温度的6061-T6铝合金板材的塑性本构方程及各向异性屈服函数；继而通过半球形刚性凸模胀形试验法获得了6061-T6铝合金板材在温热状态下的成形极限图；以试验数据所得材料参数,基于M-K凹槽理论建立了理论预测的6061-T6铝合金板材温成形FLD；用有限元分析软件DYNAFORM建立了胀形试验的有限元模型,针对铝合金实际冲压成形的非等温情况,研究了6061-T6铝合金的模具板料界面换热；进行了铝合金U形模具的实际冲压试验,验证了FLD在板材冲压中的指导作用。
【关键词】：轻量化 铝合金 6061-T6 温成形 成形极限图
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U466
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-27
• 1.1 汽车用轻量化铝合金概述10-19
• 1.1.1 汽车轻量化技术的发展10-12
• 1.1.2 铝合金的特性及其分类12-16
• 1.1.3 铝合金在汽车上的应用16-19
• 1.2 铝合金板材的温成形技术国内外研究进展19-22
• 1.3 铝合金的成形极限图(FLD)22-26
• 1.4 本文研究的主要内容26-27
• 2 6061-T6铝合金的力学特性及其本构描述27-45
• 2.1 6061-T6铝合金温成形状态下的单向拉伸试验27-29
• 2.2 6061-T6铝合金的温成形力学特性29-35
• 2.2.1 不同温度与不同应变速率下的6061-T6真应力应变关系29-31
• 2.2.2 6061-T6铝合金板材温热状态下力学性能参数的变化规律31-35
• 2.3 6061-T6铝合金本构关系描述35-38
• 2.3.1 常用的塑性本构方程35-36
• 2.3.2 6061-T6铝合金本构关系的确定36-38
• 2.4 考虑温度效应的6061-T6铝合金屈服准则38-43
• 2.4.1 塑性成形的屈服准则概述38-41
• 2.4.2 6061-T6铝合金屈服准则的建立41-43
• 2.5 本章小结43-45
• 3 6061-T6铝合金温热成形极限图试验研究45-58
• 3.1 成形极限图(FLD)试验获取方法45-47
• 3.2 温成形极限图试验平台TFLD47-49
• 3.3 试验方案的确定与试验过程49-53
• 3.3.1 试验目的49
• 3.3.2 试验方案49
• 3.3.3 试验材料及制作49-51
• 3.3.4 试验过程与方法51-53
• 3.4 网格圆应变测量系统及应变分析53-55
• 3.4.1 应变测量系统53
• 3.4.2 应变分析53-55
• 3.5 6061-T6铝合金温成形极限图试验结果及分析55-57
• 3.6 本章小结57-58
• 4 温热状态下的塑性成形理论预测铝合金成形极限图58-67
• 4.1 板材成形极限过程中的塑性力学理论58-59
• 4.2 成形极限的常用塑性失稳理论59-61
• 4.2.1 Hill集中性失稳准则59-60
• 4.2.2 Swift分散性失稳准则60
• 4.2.3 M-K凹槽理论60-61
• 4.3 基于M-K理论对6061-T6铝合金温成形极限的理论预测61-63
• 4.4 FLD的有限元仿真分析63-66
• 4.4.1 数值模型的建立63
• 4.4.2 冲压力-位移曲线分析63-65
• 4.4.3 破裂位置分析65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 5 铝合金成形极限图在温冲压中的应用67-78
• 5.1 铝合金温冲压工艺中的界面换热67-72
• 5.1.1 铝合金界面换热的概念67-68
• 5.1.2 求解铝合金界面换热系数的试验设计68-69
• 5.1.3 实验结果分析69-72
• 5.2 铝合金U形冲压对FLD的实验验证72-76
• 5.2.1 U形冲压模具设计与实验过程72-74
• 5.2.2 U形冲压过程中的温度分布74-75
• 5.2.3 U形冲压件的成形极限破裂分析75-76
• 5.3 FLD对汽车覆盖件冲压工艺的指导76-77
• 5.4 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况84-85
• 致谢85-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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7 张飞飞;陈R际，

本文编号：393278