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铝合金车身覆盖件全工序成形模拟与精度控制

铝合金车身覆盖件全工序成形模拟与精度控制

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作者：耿平武汉理工大学

学位级别：硕士

轻量化材料的应用是汽车产业实现节能减排的重要途径,铝合金凭借优异的性能成为主要的轻量化材料之一。然而,由于铝合金板材室温延伸率低、弹性模量小,其车身覆盖件成形困难、易破裂,且回弹大、精度低,这限制了铝合金板材在汽车产业的... 详细信息

轻量化材料的应用是汽车产业实现节能减排的重要途径,铝合金凭借优异的性能成为主要的轻量化材料之一。然而,由于铝合金板材室温延伸率低、弹性模量小,其车身覆盖件成形困难、易破裂,且回弹大、精度低,这限制了铝合金板材在汽车产业的广泛应用。本文以铝合金胀形和弯曲回弹规律研究为切入点,研究了铝合金卡车驾驶室顶棚的全工序成形模拟和精度控制,主要内容如下:（1）基于单向拉伸试验、各向异性试验和成形极限试验,研究了6061-T6铝合金的材料力学性能,通过比较不同屈服模型及成形极限模型确定了铝合金采用Barlat89屈服准则和拟合成形极限曲线,为后续有限元仿真奠定了基础。（2）通过有限元仿真与试验相结合的方法,研究了6061-T6铝合金胀形回弹与弯曲回弹规律。从回弹前后应力应变状态和弹性应变能角度揭示了板料宽度和凸模下行位移对胀形回弹、弯曲回弹的影响规律。比较发现,两者虽变形方式不同,但回弹的发生均由于弹性应变能的释放,且回弹量与之呈正相关。（3）以卡车驾驶室顶棚为例,采用数值模拟方法对不同规格的钢质顶棚和铝合金顶棚进行刚度分析,对标钢质顶棚,为保证顶棚有更高的安全裕度,确定了铝合金顶棚的厚度为1.5mm。结合铝合金特性和顶棚结构特征,确定了顶棚成形工艺流程为落料→拉延→切边→翻边冲孔,完成了铝合金顶棚全工序建模和工艺参数设置,根据铝合金顶棚拉延成形结果优化了顶棚局部型面和坯料形状。（4）为提升模拟精度,考虑了工序之间的脱模应力释放对成形和精度的影响,在每个工序后增加回弹模拟,将各工序回弹后零件形状作为下一道工序的输入。基于正交试验确定了拉延工序最佳工艺参数,完成了铝合金顶棚全工序成形及回弹模拟。采用多项式拟合方法对各工序回弹量随顶棚坐标变化规律进行了拟合,从而建立了精度传递模型,表征了铝合金顶棚回弹量在时域的传递关系。阐述了基于全工序成形的回弹修正方法,以回弹量为优化目标对翻边冲孔工序进行了正交试验,确定了该工序最佳工艺参数,并基于此对顶棚进行回弹补偿。综上,本文采用全工序成形模拟方法,建立了铝合金顶棚精度传递模型,实现了顶棚成形无破裂,减薄率小于17%,回弹量小于1mm,与钢质顶棚比可减重35.51%,对铝合金在大型汽车覆盖件中的应用有一定的科学意义和参考价值。

关键词：顶棚 6061-T6铝合金全工序成形回弹精度传递模型

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