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高強(qiáng)度鋁合金板材熱沖壓成形模擬試驗

由于各國排放法規(guī)的限制，各汽車制造商都在通過減輕汽車質(zhì)量來改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。由于5系列鋁合金和6系列鋁合金較好的成形特性、較高的強(qiáng)度以及較低的生產(chǎn)成本，使它們成為汽車輕量化研究中所采用的主要替代材料。而近些年的研究表明，若在汽車上采用7系列鋁合金，將進(jìn)一步實現(xiàn)汽車輕量化，但7系列鋁合金的沖壓成形特性較差、沖壓成本較高。對此，本文以7075鋁合金為原料制造車身B柱為例，對7075鋁合金采用熱沖壓方法后的成形特性進(jìn)行了研究。

7075鋁合金是一種冷處理鍛壓合金，其具有良好的力學(xué)性能，特別適用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)及其它要求強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng)的高應(yīng)力結(jié)構(gòu)體上。對7075鋁合金的加工包括溫成形和熱沖壓成形兩種。在汽車上應(yīng)用7075鋁合金可以采用熱沖壓方法，這樣就能使用傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備和模具技術(shù)，從而降低實施風(fēng)險和成本。建立了7075鋁合金熱沖壓成形模型。以汽車B柱的沖壓制造過程為例，借助商業(yè)化有限元軟件LSDYNA（版本971R600）對7075鋁合金的熱沖壓成形特性進(jìn)行分析，分析時采用軟件自帶的沖壓模塊，設(shè)定網(wǎng)格尺寸為3mm× 3mm，并計算沖壓件8個指定位置處的應(yīng)變和厚度。為驗證上述仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性而進(jìn)行了試驗，試驗選取厚度為2mm的AA7075-T6鋁合金板件為沖壓原材料。先將該板件置于溫度為460℃的對流爐中加熱15min后，將對流爐中溫度維持在460～480℃之間再加熱15min，板件的出爐溫度為474℃；之后立即將板件放入沖壓模具中，并將冷卻溫度下降速率設(shè)為1.25℃/s，冷卻10s，板件溫度降為462℃；再之后進(jìn)行熱沖壓，沖壓時間為4s，板件溫度下降4.4℃，（457.6℃）；最后進(jìn)行淬火冷卻。使用專門的數(shù)碼相機(jī)和超聲波測厚儀測量沖壓件4個指定位置處的應(yīng)變和厚度。兩者對比發(fā)現(xiàn)，有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果具有高度的一致性。因此，采用熱沖壓方法對7系列鋁合金進(jìn)行加工可使其很好地應(yīng)用在汽車上。

Andrey Ilinich et al. SAE 2014-01-0983.

編譯：王祥