车身高强钢/铝合金热自冲铆连接工艺及力学性能研究
发布时间：2023-03-02 07:36
轻量化作为汽车行业节能减排的一种重要手段,一直是科学和技术的关注重点之一。使用高强钢和铝合金车身不仅可以保证整车的被动安全性,而且能够有效降低车身重量,实现汽车轻量化。然而连接技术的缺乏限制着这两种材料的混合应用,主要原因为传统的焊接和铆接技术无法实现对强度高、塑性差的高强钢和铝合金的高强度连接。根据相变理论,高强钢在加热后转变成奥氏体组织时的屈服强度将大大降低,而塑性显著增高,这就为实现其与铝合金之间的自冲铆连接提供了可行性。在连接成型后通过急速冷却,成型区的钢材可再次还原成马氏体继续保持高强钢的力学性能。本文提出了车身高强钢/铝合金的热自冲铆工艺。即通过将22MnB5高强钢板的待铆接区迅速加热至奥氏体化后与7075铝合金板进行热自冲铆连接,并对成型后的接头进行淬冷(以下简称“热铆连接”)。本工作首先通过大量地实验分析了成型温度、板材放置顺序、不同材质及不同热处理工艺的铆钉对热铆连接成型件截面形貌的影响。结果表明,采用经过850℃+30min水冷淬火的42CrMo铆钉对温度为800℃的高强钢板以及室温铝板进行上铝下钢顺序的自冲铆时,能够实现对厚度为2mm的高强钢/铝合金板材间的有效连...
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 自冲铆连接技术
1.2.1 自冲铆连接技术工艺流程
1.2.2 自冲铆连接技术的优缺点
1.2.3 自冲铆接头质量评定
1.3 自冲铆连接技术国内外研究现状
1.3.1 自冲铆连接工艺技术研究现状
1.3.2 自冲铆连接模拟技术研究现状
1.4 主要研究内容
第2章 高强钢/铝合金热铆连接工艺研究
2.1 热铆连接工艺流程
2.2 材料选取及设计
2.2.1 板料的选择
2.2.2 半空心铆钉的设计
2.2.3 热铆连接模具设计
2.2.4 冲压力计算
2.2.5 热铆连接设备选取
2.3 热铆连接试验方案设计及结果分析
2.3.1 热铆连接试验方案设计
2.3.2 热铆连接试验外观形貌分析
2.4 本章小结
第3章 高强钢/铝合金热铆连接成型有限元模拟研究
3.1 材料模型
3.1.1 铝合金7075 粘塑性热变形损伤本构模型
3.1.2 高强钢22MnB5 粘塑性热变形本构模型
3.1.3 铆钉材料42CrMo合金热变形本构模型
3.2 热铆连接冲压过程模拟
3.2.1 冲压模拟几何模型及网格剖分
3.2.2 接触条件设置
3.2.3 边界约束条件
3.2.4 初始条件设置
3.2.5 沙漏能控制
3.3 热铆连接成型有限元模拟结果分析
3.3.1 高强钢/铝合金热铆连接工艺仿真模型的试验验证
3.3.2 热铆连接时的应力、应变动态变化过程
3.3.3 热铆连接过程的冲压力分析
3.4 模具及铆钉尺寸对热铆连接头截面的影响
3.4.1 热铆连接接头截面优选尺寸的确定
3.4.2 模具及铆钉尺寸设计对热铆连接头截面表征的影响
3.5 本章小结
第4章 热铆连接件静态力学性能研究及成型工艺优化
4.1 热铆温度及铆钉热处理工艺对热铆连接件性能的影响
4.1.1 热铆温度、铆钉热处理工艺对热铆连接头径向拉伸性能的影响
4.1.2 热铆温度、铆钉热处理工艺对热铆连接头轴向十字剥离拉伸性能的影响
4.1.3 热铆连接拉伸断裂外观表征
4.2 热铆连接件承载载荷过程模拟
4.2.1 热铆连接件径向拉伸模拟及模型验证
4.2.2 热铆连接件轴向十字剥离拉伸模拟及模型验证
4.3 铆钉尺寸设计对热铆连接件力学性能的影响
4.4 基于DOE的热铆连接尺寸参数优化模拟
4.5 本章小结
第5章 热铆连接件的疲劳性能研究
5.1 热铆连接件疲劳试验
5.2 热铆连接件疲劳试验F-N曲线分析
5.2.1 径向拉拉疲劳F-N曲线
5.2.2 轴向十字拉拉疲劳F-N曲线
5.3 热铆连接件疲劳断裂分析
5.3.1 径向拉拉疲劳断裂形貌分析
5.3.2 轴向十字拉拉疲劳断裂形貌分析
5.4 冲压速度对连接件疲劳性能的影响及优化
5.5 本章小结
第6章 热铆连接件淬冷工艺和组织变化规律研究
6.1 马氏体钢复热退火/淬火时的组织演变规律
6.2 铆接点热影响区温度场变化数值模拟及组织演变规律
6.2.1 铆接点热影响区温度场变化过程模拟前处理过程
6.2.2 铆接平板热影响区温度场变化模拟结果
6.2.3 超强钢板热影响区的组织演变规律
6.3 接头淬冷过程温度场变化模拟及组织分布
6.3.1 接头冷却(淬火)过程模拟参数设置
6.3.2 接头截面温度场变化结果及组织分布
6.4 钢板热影响区硬度分析
6.5 本章小结
第7章 结论
7.1 结论
7.2 创新成果
7.3 工作展望
参考文献
在学期间所取得的科研成果
致谢
本文编号：3752220
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 自冲铆连接技术
1.2.1 自冲铆连接技术工艺流程
1.2.2 自冲铆连接技术的优缺点
1.2.3 自冲铆接头质量评定
1.3 自冲铆连接技术国内外研究现状
1.3.1 自冲铆连接工艺技术研究现状
1.3.2 自冲铆连接模拟技术研究现状
1.4 主要研究内容
第2章 高强钢/铝合金热铆连接工艺研究
2.1 热铆连接工艺流程
2.2 材料选取及设计
2.2.1 板料的选择
2.2.2 半空心铆钉的设计
2.2.3 热铆连接模具设计
2.2.4 冲压力计算
2.2.5 热铆连接设备选取
2.3 热铆连接试验方案设计及结果分析
2.3.1 热铆连接试验方案设计
2.3.2 热铆连接试验外观形貌分析
2.4 本章小结
第3章 高强钢/铝合金热铆连接成型有限元模拟研究
3.1 材料模型
3.1.1 铝合金7075 粘塑性热变形损伤本构模型
3.1.2 高强钢22MnB5 粘塑性热变形本构模型
3.1.3 铆钉材料42CrMo合金热变形本构模型
3.2 热铆连接冲压过程模拟
3.2.1 冲压模拟几何模型及网格剖分
3.2.2 接触条件设置
3.2.3 边界约束条件
3.2.4 初始条件设置
3.2.5 沙漏能控制
3.3 热铆连接成型有限元模拟结果分析
3.3.1 高强钢/铝合金热铆连接工艺仿真模型的试验验证
3.3.2 热铆连接时的应力、应变动态变化过程
3.3.3 热铆连接过程的冲压力分析
3.4 模具及铆钉尺寸对热铆连接头截面的影响
3.4.1 热铆连接接头截面优选尺寸的确定
3.4.2 模具及铆钉尺寸设计对热铆连接头截面表征的影响
3.5 本章小结
第4章 热铆连接件静态力学性能研究及成型工艺优化
4.1 热铆温度及铆钉热处理工艺对热铆连接件性能的影响
4.1.1 热铆温度、铆钉热处理工艺对热铆连接头径向拉伸性能的影响
4.1.2 热铆温度、铆钉热处理工艺对热铆连接头轴向十字剥离拉伸性能的影响
4.1.3 热铆连接拉伸断裂外观表征
4.2 热铆连接件承载载荷过程模拟
4.2.1 热铆连接件径向拉伸模拟及模型验证
4.2.2 热铆连接件轴向十字剥离拉伸模拟及模型验证
4.3 铆钉尺寸设计对热铆连接件力学性能的影响
4.4 基于DOE的热铆连接尺寸参数优化模拟
4.5 本章小结
第5章 热铆连接件的疲劳性能研究
5.1 热铆连接件疲劳试验
5.2 热铆连接件疲劳试验F-N曲线分析
5.2.1 径向拉拉疲劳F-N曲线
5.2.2 轴向十字拉拉疲劳F-N曲线
5.3 热铆连接件疲劳断裂分析
5.3.1 径向拉拉疲劳断裂形貌分析
5.3.2 轴向十字拉拉疲劳断裂形貌分析
5.4 冲压速度对连接件疲劳性能的影响及优化
5.5 本章小结
第6章 热铆连接件淬冷工艺和组织变化规律研究
6.1 马氏体钢复热退火/淬火时的组织演变规律
6.2 铆接点热影响区温度场变化数值模拟及组织演变规律
6.2.1 铆接点热影响区温度场变化过程模拟前处理过程
6.2.2 铆接平板热影响区温度场变化模拟结果
6.2.3 超强钢板热影响区的组织演变规律
6.3 接头淬冷过程温度场变化模拟及组织分布
6.3.1 接头冷却(淬火)过程模拟参数设置
6.3.2 接头截面温度场变化结果及组织分布
6.4 钢板热影响区硬度分析
6.5 本章小结
第7章 结论
7.1 结论
7.2 创新成果
7.3 工作展望
参考文献
在学期间所取得的科研成果
致谢
本文编号：3752220
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