本文關(guān)鍵詞：鋁合金控制臂等溫鍛造工藝與微觀組織數(shù)值模擬

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【摘要】：控制臂是汽車懸架系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件之一,對剛度、強度、使用壽命的要求很高,為了適應(yīng)汽車輕量化的發(fā)展需求,現(xiàn)在很多控制臂采用鋁合金6082來鍛造生產(chǎn)。控制臂的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,導(dǎo)致其鍛造成型工藝也比較復(fù)雜,且由于鋁合金的鍛造溫度范圍窄、粘滯力大、裂紋敏感度強等因素,鋁合金控制臂的成型難度較大,在加工過程中容易產(chǎn)生充不滿、折疊、斷裂、過燒、粗晶、流線紊亂等多種缺陷。粗晶缺陷是鋁合金模鍛生產(chǎn)中常見的缺陷之一,特別是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋁合金控制臂,容易在鍛件表面、腹板中心、筋條與腹板交界處形成粗晶缺陷。粗晶缺陷不僅會嚴重降低鍛件的強度,而且在鍛件中的粗晶區(qū)以及由粗晶組織向細晶組織劇烈變化的過渡區(qū),鍛件的疲勞強度大大降低,嚴重影響鍛件的使用壽命,必須加以改善和消除。研究表明,鍛造過程中鍛件各部位變形不均勻和表面散熱過快是導(dǎo)致鋁合金控制臂粗晶缺陷的主要原因,因此本文針對鋁合金6082控制臂的鍛造成型采用了等溫鍛造工藝,并用有限元軟件DEFORM-3D對整個成型過程進行了仿真分析,主要研究內(nèi)容及成果如下:1.根據(jù)控制臂的結(jié)構(gòu)特點,設(shè)計了合理的成型工藝流程。通過模擬確定了鋁合金控制臂的最佳鍛造溫度為450℃。2.對輥鍛制坯工藝進行了合理的設(shè)計和計算,采用四道次輥鍛和橢圓形—方形—橢圓形—圓形型槽系。合理的輥鍛制坯工藝不僅有助于得到質(zhì)量合格的鍛件,而且有利于減小模鍛件飛邊,提高材料的利用率。3.通過數(shù)值模擬對冷輥鍛件結(jié)構(gòu)和輥鍛模具進行了改進。通過增加冷輥鍛件過渡段的長度,避免了鍛造過程中由于毛坯結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理產(chǎn)生的卡壓和折疊,對輥鍛和彎曲模具進行了優(yōu)化,消除了預(yù)鍛過程中產(chǎn)生的折疊。4.對鋁合金控制臂的成型過程進行了速度場、溫度場、應(yīng)力應(yīng)變場多場模擬分析。預(yù)鍛是整個鍛造過程中變形最復(fù)雜的工序,對預(yù)鍛件重點部位進行截面分析,結(jié)果表明整個鍛造過程鍛件中不會出現(xiàn)過燒和折疊、斷裂缺陷,鍛件流線良好。對鍛造過程中各工序的模具載荷進行了預(yù)測,結(jié)果表明各模具載荷均在所選設(shè)備打擊能力范圍內(nèi)。5.對鋁合金的微觀組織模擬模型進行了研究。對鋁合金控制臂在等溫鍛造過程中晶粒尺寸演化規(guī)律進行了模擬和分析,發(fā)現(xiàn)在制坯過程中鍛件的平均晶粒尺寸不斷減小,鍛件組織不斷均勻和細化,平均晶粒尺寸由初始的100μm減小到彎曲后的17.7μm,預(yù)鍛過程中由于晶粒長大作用明顯,鍛件的平均晶粒尺寸會增大,預(yù)鍛結(jié)束時的平均晶粒尺寸為28.7μm,終鍛結(jié)束時平均晶粒尺寸為23.3μm,達到了一級晶粒度水平。對終鍛過程中的動態(tài)再結(jié)晶演化過程進行了模擬和分析。6.對鋁合金控制臂的粗晶缺陷問題進行了研究,發(fā)現(xiàn)薄腹板中心和腹板與筋條交界處是粗晶缺陷的重災(zāi)區(qū),而枝芽附近和大頭端的粗晶問題也很嚴重,并且很難消除。對非等溫鍛造條件下的控制臂晶粒度分布進行模擬,并將等溫鍛造和非等溫鍛造終鍛件的晶粒度分布情況進行對比,研究結(jié)果表明等溫鍛造可以顯著改善鋁合金控制臂的粗晶缺陷。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG316

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本文編號：1253209