【摘要】：隨著社會(huì)的高速發(fā)展,汽車的用量將會(huì)越來越多,伴隨著汽車擁有量的與日劇增,同時(shí)帶來了一些嚴(yán)重的負(fù)面影響,諸如安全、污染、資源等一系列社會(huì)問題。汽車工業(yè)現(xiàn)如今正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),使汽車工業(yè)的重心向著輕量化的方向邁進(jìn)。鋁合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能、較好的成形性、豐富的資源等優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化最理想的材料。研究表明,汽車每使用1kg鋁,重量可降低2.25kg,減重效應(yīng)高達(dá)125%,而汽車自身質(zhì)量每減重10%,燃料消耗可減少6%,一氧化碳、二氧化碳等污染氣體的排放量可降低4%。如果承受同樣的沖擊,鋁材比鋼材可以多吸收50%的沖擊能,安全性能更高。鋼鐵在汽車上的用量的比例在逐年減少,而鋁材的比例在逐年增加。雖如此,鋁合金用于汽車生產(chǎn)的沖壓工藝缺乏系統(tǒng)、深入的研究,阻礙了鋁合金在汽車上的應(yīng)用,因而鋁合金成形性的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究對(duì)鋁合金在汽車生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。本文針對(duì)6016-T4P鋁合金,以板材彈塑性與失穩(wěn)理論為基礎(chǔ),以板材成形非線性有限元軟件DYNAFORM為平臺(tái),對(duì)鋁合金板材的成形極限和沖壓成形過程進(jìn)行模擬,分析影響鋁合金板材成形質(zhì)量的因素。首先建立了 6016鋁合金板材成形極限的有限元模型并進(jìn)行了模擬,結(jié)合單向拉伸試驗(yàn)與半球形剛模脹形試驗(yàn),將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,分析了本構(gòu)方程、屈服準(zhǔn)則及摩擦系數(shù)對(duì)鋁合金板材成形極限的影響。其次,基于汽車橫梁的有限元模擬,研究了壓邊力、沖壓速度、拉延筋參數(shù)和布置方式對(duì)鋁合金板材成形質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明:(1)Hollomon,Power和Voce三種本構(gòu)方程均可以預(yù)測鋁合金板材的成形極限,并且相比Power與Hollomon,Voce本構(gòu)方程能夠更精確地預(yù)測鋁合金板材的成形極限。(2)Barlat89屈服準(zhǔn)則與Hill48屈服準(zhǔn)則都可以預(yù)測鋁合金板材的成形極限,并且Barlat89屈服準(zhǔn)則比Hill48能夠更精確地預(yù)測鋁合金板材的成形極限。(3)摩擦系數(shù)的大小對(duì)鋁合金板材成形極限有著一定的影響,成形極限隨著摩擦系數(shù)的增大而逐漸增大,并且對(duì)FLD雙拉區(qū)域的影響比拉壓區(qū)域的大。(4)調(diào)節(jié)壓邊力的大小能夠有效的控制零件的成形質(zhì)量,壓邊力大,材料向凹模流動(dòng)困難,零件起皺的區(qū)域可以得到緩解。壓邊力小,材料向凹模流動(dòng)容易,零件破裂的區(qū)域可以得到改善,但單純的依靠控制壓邊力的大小改善不了零件復(fù)雜區(qū)域的成形質(zhì)量。(5)沖壓速度不同板材成形時(shí)的應(yīng)變速率不同,從而影響板材的成形質(zhì)量。沖壓速度越大,零件的最大減薄率逐漸降低并且降低趨勢越來越小,當(dāng)模擬的沖壓速度增大到4000mm/s時(shí),零件的最大減薄率不再降低反而逐漸增大。(6)拉延筋的凸筋圓角半徑、凹模圓角半徑、筋間距與零件的最大減薄率成反比,即隨著半徑或筋間距增大零件的最大減薄率逐漸減小;拉延筋高度與零件最大減薄率成正比,即隨著高度增大零件的最大減薄率逐漸增大。(7)不同的拉延筋布置方式對(duì)零件的成形質(zhì)量有著顯著的影響,因而,要得到理想的模擬結(jié)果需要合理地布置拉延筋。
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.21
【圖文】：

逡逑圖１．２為世界汽車工業(yè)汽車用材的組成比例，經(jīng)過三十多年的研究與發(fā)展，汽車的重逡逑量減少了４００ｋｇ，可見輕量化己成為汽車工業(yè)發(fā)展的主要趨勢，并且鋼鐵在汽車上的用逡逑量在逐年減少，鋁材的比例在逐年增加。近十年來，歐洲、美國及日本等發(fā)達(dá)國家汽車逡逑上鋁材的用量由１２７ｋｇ每輛增長至３００ｋｇ每輛。有關(guān)專家指出，無論是汽車的外板還是內(nèi)逡逑板，未來汽車上的零件均有可能用鋁合金生產(chǎn)，并且鋁合金在汽車上的用量會(huì)越來越多，逡逑在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛性的同時(shí)，鋁合金生產(chǎn)的汽車零件有可能比塑料還輕。鋁合金將替逡逑代鋼鐵成為未來汽車的主要材料［７，８］。逡逑８０邐６９逡逑７０邐＿邐５８逡逑＾邐Ｉ邐Ｉ逡逑３０邐Ｉ邐■邐１２３逡逑１９８０年１５２０ｋｇ邐１９９０年１４００ｋｇ邐２０００年１２２５ｋｇ邐２０１０年１１００ｋｇ逡逑■鋼鐵■鋁材■非金屬＊其他逡逑圖１．２汽車用材組成比例逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑１．２鋁合金的簡介逡逑１．２．１鋁及鋁合金逡逑鋁元素是由丹麥物理學(xué)家Ｈ．Ｃ．奧爾斯德（Ｈ．Ｃ．Ｏｅｒｓｔｅｄ）于１８５２年發(fā)現(xiàn)的，他在進(jìn)行逡逑氯化鋁和鉀汞齊交互試驗(yàn)時(shí)得到了鋁汞齊

金具有良好的力學(xué)特性，較好的加工成形性，能夠在不同的應(yīng)力狀態(tài)下成形，常用于生逡逑產(chǎn)汽車沖壓件及覆蓋件。逡逑根據(jù)加入合金元素的種類和含量占比可以得到不同的鋁合金。圖１．３為鋁及鋁合金的逡逑分類。鋁合金可分為熱處理化鋁合金和非熱處理化鋁合金兩大類。按照鋁合金合金元素逡逑含量又可分為：工業(yè)純錦（ｌｘｘｘ系）、Ａｌ－Ｃｕ合金（２ｘｘｘ系）、Ａｌ－Ｍｎ合金（３？ｃｘｘ系）、Ａｌ－Ｓｉ合金逡逑（４ｘｘｘ系）、Ａｌ－Ｍｇ合金（５ｘｘｘ系）、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金（６ｘｘｘ系）、Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕ合金（７ｘｘｘ系）、Ａ１－逡逑Ｌｉ合金（８ｘｘｘ系）。逡逑３逡逑

第二章板料成形理論逡逑２．１彈塑性理論逡逑金屬板材在成形的過程中會(huì)經(jīng)歷彈性變形階段和塑性變形階段，如圖２．１所示。在彈逡逑性變形階段內(nèi)，即路徑０Ａ，材料的ａ與ｓ遵循胡克定律成正比，此時(shí)如果將外載荷卸載，逡逑材料能夠恢復(fù)到初始狀態(tài)。當(dāng)?shù)竭_(dá)Ａ點(diǎn)時(shí)，材料則進(jìn)入塑性變形階段，此時(shí)的應(yīng)力ａ0稱逡逑為屈服強(qiáng)度，也稱屈服極限。塑性變形階段（１與￡不再成線性關(guān)系，如果在Ｂ點(diǎn)將外載荷逡逑卸載，材料不會(huì)按照ＢＡ－ＡＯ的路徑回復(fù)，而是沿著路徑ＢＣ回復(fù)，通常將ＯＣ稱為殘余應(yīng)逡逑變。若在Ｄ點(diǎn)將外載荷卸載，材料的殘余應(yīng)變?yōu)椋希�。如果在Ｃ點(diǎn)重新對(duì)材料施加外載荷，逡逑則彈性變形階段由ＯＡ變成ＢＣ，屈服極限也由Ａ點(diǎn)變成Ｂ點(diǎn)，材料的屈服強(qiáng)度經(jīng)過外載荷逡逑卸載與重新加載而增大，通常稱之為材料的加工硬化。塑性變形階段，材料不具有完全逡逑恢復(fù)的能力

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2785254