高强度铝合金板材热冲压成形模拟试验



高强度铝合金板材热冲压成形模拟试验

由于各国排放法规的限制，各汽车制造商都在通过减轻汽车质量来改善汽车燃油经济性。由于5系列铝合金和6系列铝合金较好的成形特性、较高的强度以及较低的生产成本，使它们成为汽车轻量化研究中所采用的主要替代材料。而近些年的研究表明，若在汽车上采用7系列铝合金，将进一步实现汽车轻量化，但7系列铝合金的冲压成形特性较差、冲压成本较高。对此，本文以7075铝合金为原料制造车身B柱为例，对7075铝合金采用热冲压方法后的成形特性进行了研究。

7075铝合金是一种冷处理锻压合金，其具有良好的力学性能，特别适用于制造飞机结构及其它要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构体上。对7075铝合金的加工包括温成形和热冲压成形两种。在汽车上应用7075铝合金可以采用热冲压方法，这样就能使用传统的冲压设备和模具技术，从而降低实施风险和成本。建立了7075铝合金热冲压成形模型。以汽车B柱的冲压制造过程为例，借助商业化有限元软件LSDYNA（版本971R600）对7075铝合金的热冲压成形特性进行分析，分析时采用软件自带的冲压模块，设定网格尺寸为3mm× 3mm，并计算冲压件8个指定位置处的应变和厚度。为验证上述仿真结果的准确性而进行了试验，试验选取厚度为2mm的AA7075-T6铝合金板件为冲压原材料。先将该板件置于温度为460℃的对流炉中加热15min后，将对流炉中温度维持在460～480℃之间再加热15min，板件的出炉温度为474℃；之后立即将板件放入冲压模具中，并将冷却温度下降速率设为1.25℃/s，冷却10s，板件温度降为462℃；再之后进行热冲压，冲压时间为4s，板件温度下降4.4℃，（457.6℃）；最后进行淬火冷却。使用专门的数码相机和超声波测厚仪测量冲压件4个指定位置处的应变和厚度。两者对比发现，有限元分析结果与试验结果具有高度的一致性。因此，采用热冲压方法对7系列铝合金进行加工可使其很好地应用在汽车上。

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

编译：王祥