关键词：铝合金;;预时效;;数值模拟;;参数优化
摘 要：6016铝合金板材主要制造汽车覆盖件,特别是乘用车内外罩、后行李箱和门框等汽车外板,是汽车轻量化的关键材料。而目前国内的铝合金板材仍存在着成形性、抗凹性及零件成形后质量差等问题,无法满足使用要求。因此开展6016铝合金板材关键的预时效工艺和冲压成形工艺研究,对提高板材的成形质量十分重要。本文将545 ~oC固溶30 min的6016铝合金(Al-0.55%Mg-1.0%Si-0.18%Cu)板材水淬后,经60 ~oC~160 ~oC×5 min~30 min预时效,室温停放25天后,进行185 ~oC×20min的模拟烤漆处理。采用硬度、拉伸试验,结合示差扫描量热法(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)等分析技术,研究预时效工艺对合金的力学性能及微观组织的影响规律。通过数值模拟仿真实际的冲压过程,并预估零件成形后可能出现的质量缺陷,优化关键成形工艺参数。结果表明:(1)固溶淬火后立即进行预时效可以抑制自然时效过程,T4P态合金的成形性和烘烤硬化性能都得到改善。烤漆前后的硬度随着预时效温度升高,出现先缓慢增加后迅速增加的趋势。预时效温度为100 ~oC,预时效时间为20 min合金烘烤前屈服强度低于120 MPa,延伸率在25%左右;烘烤后屈服强度高于180 MPa(预变形2%合金烘烤硬化值达到104 MPa),烘烤后的延伸率在22%左右,综合比较优于其他预时效工艺。(2)结合DSC曲线对β”析出温度和激活能进行计算,研究发现,随预时效温度升高,β”析出峰左移,激活能也降低。说明预时效可以抑制合金自然时效过程,提高合金T4P态成形性能,而且促进烘烤过程中β”的析出,增强烘烤硬化效果。(3)以铝制汽车发动机罩内板为对象,建立冲压CAE模型,对板料冲压过程仿真,研究了不同成形工艺对成形后最大减薄率、最大增厚率及最大回弹量的影响规律。(4)对多因素的优化问题,首先通过灰色关联分析法,获得较优的工艺参数为:压边力500 KN,摩擦系数0.1,凹凸模间隙1.1t(1.32 mm)、凸模速度3 m/s,仿真试验后出现了少量拉裂缺陷。进一步采用智能优化算法在连续空间内寻优,得到最优解:压边力243 KN,摩擦系数0.11,凹凸模间隙1.06t(1.272 mm)、凸模速度8.68 m/s。进行现场冲压实验,未出现破裂缺陷,法兰面出现起皱可在随后切边过程去除,成形质量较好,与仿真结果符合。
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