高强铝合金FSW拼焊板变形规律与成形技术

铝合金拼焊成形技术兼具有材料和结构双重轻量化效果,在汽车轻量化发展趋势下,拥有巨大的应用前景。研究铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能,建立搅拌摩擦焊接头的有限元模型,试验结合力学计算研究搅拌摩擦焊接头的塑性变形规律。结果发现:铝合金搅拌摩擦焊接头具有明显的力学性能不均匀性,搅拌摩擦焊接头在拉伸过程中热影响区最先发生屈服和颈缩;焊后热处理和高温成形可以显著提高拼焊板的成形性和力学性能。2024铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的最佳成形温度为450℃,固溶处理后接头未发现晶粒异常长大现象,热冲压时引入的变形与成形后的时效相结合,产生形变时效的强化效果,可获得高强度的汽车拼焊构件。     

工艺参数对铝合金板筋摩擦因数的影响

利用自行研制的新型摩擦测试装置,对铝合金板成形过程拉深筋部位摩擦因数进行了测试实验.探讨了压边力、拉延速度、润滑状态等3种工艺参数对拉深筋部位摩擦因数的影响.实验结果表明,在润滑状态下,摩擦因数随拉延速度的增加先增大后减小,随压边力的增加先减小后增大;在无润滑状态下,虽然在拉延初期摩擦因数随拉延速度的增加呈不规则变化,但是当拉延速度达到9 mm/s以后摩擦因数随拉延速度的增加而减小,随压边力的增加先增大后减小.在某些条件下,润滑状态下的摩擦因数反而比无润滑状态下的大,主要原因是润滑油膜对铝合金板与模具表面之间有较大的吸附力.     

固溶处理后7055铝合金的摩擦磨损性能

对7055铝合金分别进行单级固溶、双级固溶和高温预析出等固溶处理,测量不同固溶处理后试样的硬度,以及采用不同目数砂纸打磨后试样的表面粗糙度。以GCr15钢球为对偶件,采用摩擦磨损试验机研究不同目数砂纸打磨后试样的摩擦学性能,采用扫描电镜对磨痕形貌进行分析,探讨7055铝合金的磨损机制。结果表明:双级固溶处理(240℃×2 h+480℃×2 h)得到的试样性能最好,其硬度最高,表面粗糙度值较低,摩擦因数最低;而高温预析出处理(480℃×2 h+240℃×2 h)得到的试样性能最差;固溶处理后试样硬度越大,摩擦因数越低,而表面粗糙度与摩擦因数呈现出非线性关系,表面粗糙度在0.35～0.5μm之间时试样的摩擦因数最低。表面粗糙度较高时,7055铝合金在干摩擦时主要发生黏着磨损、磨料磨损和表面疲劳磨损,表面粗糙度较低时,主要发生黏着磨损和疲劳磨损。     

固溶和时效处理对加压成形6063铝合金组织与性能的影响

采用加压成形工艺制备6063铝合金,然后对铝合金进行535℃固溶和时效处理,研究了固溶时间(15～120 min)、时效温度(160～200℃)和时效时间(1～24 h)对该铝合金显微组织、拉伸性能和硬度的影响.结果表明:随着固溶时间的延长,6063铝合金晶粒尺寸增大,Mg2Si初生相逐渐消失并回溶至基体中,而固溶时间...     

铝合金汽车前碰撞横梁拉弯成形回弹量的有限元模拟

基于LS-DYNA软件平台对6061-T6铝合金汽车前碰撞横梁拉弯成形过程中的回弹量进行了模拟;研究了预拉力、补拉力和摩擦因数对回弹量的影响,并对拉弯模具孤面进行修正以补偿回弹量,最后进行了试验验证。结果表明:预拉力的变化影响型材横截面内的应力分布情况,随着预拉力增大至型材横截面积与材料屈服强度的乘积(Aσ_s)时,回弹量减小;在一定范围内,随着补拉力从Aσ_s逐渐增大,有利于减小拉弯成形件的回弹量;摩擦因数越大,回弹量越大;通过修正模具的弧面尺寸可以补偿回弹量;模拟结果与试验结果吻合较好,所建立的有限元模型能准确预测汽车前碰撞横梁的拉弯成形回弹量。     

采用Taguchi方法的铝合金拼焊板成形性能比较研究

本论文研究了不同焊接方法、接触配置和厚度差异对铝合金拼焊板成形性能极限拱顶高度（Limiting dome height,LDH）值的影响,并采用Taguchi方法对3种影响因素进行了分析。结果表明：对于异种厚度的铝合金拼焊板,Face配置时的LDH值要小于Root配置时的LDH值,与焊接方法无关;激光焊接的LDH值要小于搅拌摩擦焊接的LDH值,与配置方式无关。对于同种厚度的铝合金拼焊板,LDH值都大于异种厚度时的LDH值,与配置方式无关;且Face配置时的LDH值仍然小于Root配置时的LDH值。厚度差异是影响铝合金拼焊板LDH值最主要的因素,接触配置对LDH值的影响较小,对LDH值影响最小的是焊接方法。     

基于热-力耦合和变摩擦因数的高强钢冷冲压成形性

测定了DP780高强度双相钢在不同温度下的摩擦因数,建立了变摩擦因数模型,研究了热-力耦合和变摩擦因数对室温冷成形的影响。结果显示,热变组仿真分析 部分区域温度明显升高,相比参照组相同区域,板料减薄程度更小,不易开裂,表现出更好的延展性。从回弹偏移量看,热变组的值比冲压实验测量值偏小,而参照组的值偏大,且相比冲压实验测量值的误差,热变组仅为参照组的27.8%,与冲压实验符合度更好。     

2219铝合金搅拌摩擦焊工艺及接头性能

采用搅拌摩擦焊方法对6 mm厚的2219铝合金板进行焊接,研究了2219铝合金的搅拌摩擦焊工艺和主要焊接参数对焊缝成形和接头力学性能的影响.结果表明:在旋转速度1250～1400 r·min-1,焊接速度100～140 mm·min-1时,可获得性能良好的焊接接头;对2219铝合金搅拌摩擦焊接后再固溶时效处理可有效消除接头软化区,提高接头强度.     

金属板料单点增量成形厚度减薄率的预测与控制

金属板料单点增量成形过程中成形区域厚度减薄率过大是影响成形极限的一项重要因素,预测成形区域壁厚是控制减薄率的重要方法。选取1060铝板,对单点增量成形过程中的壁厚变形过程进行分析,利用Abaqus有限元分析软件,建立单点增量成形有限元模型,利用仿真结果拟合出精度较高的壁厚预测公式,分析工具头直径、层间距、进给速度、板料厚度、成形角度等工艺参数对减薄率的影响规律,并通过试验验证有限元模拟的正确性,并提出通过改变成形轨迹控制减薄率的方法。结果表明:拟合出的壁厚预测公式所求得壁厚值比正弦定理所求得的壁厚值更接近实验值;壁厚减薄率值随着工具头直径、成形角度和板料厚度的增大而增加,随层间距的增加而减小,进给速度对减薄率影响不显著,成形角度是影响减薄率的最重要因素;采用压入点均布的成形轨迹可有效减小减薄率。     

铆钉镀层对单边摩擦铆焊接头成形及力学性能的影响

铆钉镀层是影响铆接接头成形及力学性能的重要因素,采用单边摩擦铆焊(SSFR)工艺连接6005A-T6和6A01-T5铝合金板材,研究了无镀层、Zn镀层、ZnNi镀层三种类型铆钉对应的SSFR接头成形过程铆接力、能量输入及接头宏微观成形的演化规律,分析了接头中不同位置的镀层剩余厚度及铆钉/板材界面的元素扩散,探究了铆钉镀层对接头拉剪和十字拉伸性能的影响。研究结果表明,镀层的引入降低了铆钉旋转产生的能量输入,从而使铝合金材料的热影响区减小,但能量输入的降低不利于铆钉空腔内铝合金材料间固相连接的形成,导致接头的拉剪和十字拉伸性能下降。与Zn镀层相比,ZnNi镀层的耐磨性较强,在铆钉高速旋转的搅拌摩擦作用下镀层剩余厚度仍超过40%,有助于提高接头的抗腐蚀性能。     

AA6061铝合金正方形截面管胀形工艺研究

AA6061铝合金挤压管材在常温下强度高但塑性差,难以成形复杂形状零件。基于此,提出了固溶处理+固体颗粒介质胀形+人工时效的工艺流程,通过固溶、淬火和时效等热处理工艺调整铝合金变形前后的力学性能,应用固体颗粒介质胀形技术实现管件塑性成形。以AA6061挤压铝合金管为研究对象,分析了固溶处理工艺参数对合金力学性能的影响,发现管材经固溶温度560℃且保温120min处理后,其延伸率提高3倍以上,强度和硬度也大幅降低,使合金管材的成形性能指标显著提高,具备了固体颗粒介质胀形管件的条件;对合金固溶处理后再人工时效处理的试验研究表明,人工时效温度180℃且保温360min时合金塑性下降,强度和硬度等性能指标均可恢复至初始状态。基于铝合金热处理工艺特征的研究,采用固溶处理+固体颗粒介质胀形+时效处理的工艺流程,成功试制了AA6061铝合金典型的正方形截面管件,其环向最大展长率可达34%。     

不同硬化模型对铝合金板冲压成形模拟结果的影响

研究不同塑性变形硬化模型对汽车5182-O铝合金板材冲压成形模拟结果的影响。采用材料单向拉伸试验得到应力应变关系曲线,基于Hollomom、Krupskowsky与Power方程对曲线进行拟合,建立材料室温下塑性变形硬化模型,对厚度为1.5 mm和0.85 mm的5182板材进行冲压试验和有限元模拟分析,对比分析冲压试验与模拟结果。试验与模拟结果显示,当板料厚度为1.5 mm时,板料冲压试验的成形力最大为42.95 kN,板料拉深深度为30.58 mm,基于Power方程计算得到的最大成形力为41.5kN与试验结果比较接近,Hollomom方程计算得到的拉深深度为30.546 mm,板材成形厚度分布与试验结果比较接近;当板料厚度为0.85 mm时,板料冲压试验的成形力最大为34.47kN,板料拉深深度为33.792 mm,基于Power方程计算得到的最大成形力为34.27 kN与试验结果比较接近,Hollomom方程计算得到的拉深深度为33.636 mm,板材成形厚度分布与试验结果比较接近。基于三种硬化模型铝合金冲压成形过程的计算模拟分析结果,并通过与试验对比得到不同硬化模型对铝合金板材冲压成形计算模拟的影响,进一步为汽车铝合金覆盖件在成形工艺的研究分析提供理论指导。     

Q235覆管对AA5052铝合金基管颗粒介质胀形行为的影响

采用AA5052铝合金挤压管作内层基管、Q235碳素结构钢卷焊管作外层覆管的钢铝复合管对复合管颗粒介质胀形行为进行研究。通过塑性理论分析胀形过程中管间切向摩擦力及法向压力对基管应力大小的影响;利用数值模拟分析管间摩擦因数和覆管各向异性对基管的应变成形极限的综合影响,并给出单管、复合管胀形时的壁厚减薄情况和基管的应力、应变分布;通过管材颗粒介质内高压胀形试验,对比单管和复合管胀形条件下铝合金管的极限胀形比,分析复合管的变形协调性。结果表明：通过施加Q235碳素结构钢覆管,减小了AA5052基管胀形区中间截面处的双向拉应力,基管胀形区壁厚减薄变小,胀形比提高了22%,复合管下基管最大减薄率为17.5 %,成形性能显著提高。     

润滑条件下铝合金板成形模拟中摩擦模型的研究

对润滑条件下铝合金薄板筒形件拉深成形过程进行了工艺分析，在作出一些简化和假设的基础上，建立了基于流体润滑的筒形件拉深成形过程摩擦模型；将该模型运用到板料成形过程有限元分析中，计算出筒形件成形时摩擦系数动态变化的数值；开发出基于探针测试的铝合金板温成形动态过程摩擦测试系统，并对筒形件成形时的摩擦系数进行了测试实验。计算结果与实验数据表明，板料成形过程中的摩擦系数不是一个常数，随着凸模行程的增加，摩擦系数具有增加的趋势。     

基于三维成形极限应力图的AA6061挤压管材成形性能分析

为解决AA6061挤压管材成形性能极差的问题,建立了“固溶水淬+颗粒介质胀形+人工时效”的铝合金管件成形工艺流程。研究了固溶水淬和人工时效工艺参数对材料性能影响规律,并建立了考虑厚向应力的三维成形极限应力图;建立了管件颗粒介质胀形有限元仿真模型,分析管件变形特征质点的运动轨迹和应力应变状态,并应用理论成形极限图对管件破裂失稳点和胀形极限进行分析和预判。四方截面管件胀形工艺试验结果表明,颗粒介质胀形工艺与合适的热处理工艺相结合能够有效地解决AA6061挤压管材的成形问题;考虑厚向应力的三维成形极限应力图可作为铝合金管件胀形工艺方案制定的破裂失稳判据。     

高强钢-铝合金异质薄板无铆成形连接试验

针对性能差异较大的异质材料6061-T6铝合金和HC340/590DP双相钢的无损伤连接问题,对基于无铆成形连接的钢铝混合车身连接技术进行研究,通过试验研究了钢-铝无铆连接的成形规律以及不同搭接形式下的连接质量。分别对上钢下铝和上铝下钢两种无铆连接接头形式的连接质量进行研究,利用成形截面颈部厚度、自锁值、底部厚度等重要工艺参数,分析了成形力对接头质量的影响规律。通过拉剪试验研究了无铆接头的强度和能量吸收值。分析和试验结果表明,采用上钢下铝的连接方式,成形力为40 kN时无铆接头质量较好,其强度与安全性均符合设计指标的要求。     

SLM成形表面织构对TC4钛合金干摩擦磨损性能的影响

基于一步法思路,采用金属3D打印机基于激光选区熔化（SLM）技术制备表面带有凹坑织构的TC4钛合金试样,采用光学相机、超景深显微镜和扫描电镜观察织构成形情况,利用激光共聚焦位移测试仪和显微维氏硬度计分别测试表面粗糙度和表面硬度,在干摩擦条件下采用摩擦磨损试验仪考察不同载荷下织构密度对TC4钛合金试样摩擦学性能的影响,并使用扫描电镜对摩擦实验前后的表面形貌进行分析。研究结果表明：一步法SLM成形能够在TC4钛合金表面获得成形良好的直径500 μm的织构;随着织构密度的提高,钛合金试样表面粗糙度增大,表面硬度有所降低;干摩擦条件下,提高TC4钛合金试样织构密度有利于磨屑的收集从而减少试样的三体磨损,提高载荷有利于改善摩擦副接触状态;5 N载荷下40%织构密度试样的平均摩擦因数和磨痕宽度均最小,与无织构试样相比,平均摩擦因数和磨痕宽度分别降低12%和16%;40%织构密度下,载荷提高会引起摩擦因数的降低和磨损量增大,磨损表面犁沟和片状剥落增多。在干摩擦条件下,3D打印一步法制备的表面织构可以显著改善TC4钛合金的磨粒磨损和黏着磨损。     

Q235/AA5052复合凸环管颗粒介质胀形工艺研究

钢/铝复合管内衬的AA5052挤压铝管成形性能极差,室温下难以与外覆钢管协调变形至目标管件的形状要求。基于此,提出了挤压铝管退火处理、复合装配、颗粒介质胀形的工艺流程,使复合管胀形比达到1.40,成功制备了厚径比为3/102的复合凸环管件,最大减薄率不超过20%,满足产品技术要求。试验研究表明,AA5052挤压管材采取加热440℃保温60min的退火处理后成形性能最优,延伸率提高了3倍以上;复合管胀形过程中的壁厚分布规律与管层间摩擦因数相关,降低管层间摩擦作用能够抑制内衬铝管减薄,有利于复合管胀形极限的提高。颗粒介质胀形工艺对胀形管坯的尺寸精度要求较低,可采用通用设备和简便的模具装置实现成形工艺。     

Sliding-Wear Behavior of TiN- and CrN-Coated 2024 Aluminum Alloy Against an Al2O3 Ball

Dry sliding friction and wear behavior of TiN and CrN deposited on 2024 aluminum alloy by arc ion plating was investigated using the ball-on-disk wear test. The effects of normal load and ceramic coating on the friction coefficient and wear-resistance of 2024 aluminum alloy were studied. The worn surfaces were observed by scanning electron microscopy (SEM). The results show that wear volume increases while the friction coefficient decreases with an increase in normal load. The wear resistance of CrN is higher than that of TiN. The wear mechanism of TiN-coated 2024 Al is related to the oxidation of TiN coating and plastic deformation of 2024 Al. Conversely, the wear mechanism of CrN-coated 2024 Al is related to the fatigue fracture of the coating, which was affected by residual stress and plastic deformation of 2024 Al.     

微弧氧化电源占空比对陶瓷基自润滑复合涂层性能的影响*

为提高柴油机铝合金活塞的可靠性和耐用性,在不同电源占空比下通过微弧氧化实验在铝合金基体上制备得到微弧氧化陶瓷层,利用电泳技术将MoS_2微纳米粒子引入陶瓷层的孔隙中,制备得到陶瓷基自润滑复合涂层。研究微弧氧化电源占空比对陶瓷层和复合涂层微观形貌、厚度和表面粗糙度的影响,并利用往复式摩擦磨损试验机在干摩擦、油润滑条件下对复合涂层的摩擦学性能进行分析。结果表明:随占空比的提高,微弧氧化陶瓷层的厚度、表面粗糙度呈现先增加后减小的变化趋势;随占空比的提高,制备得到的复合涂层的摩擦因数先减小后增大,占空比为60%～70%得到的复合涂层摩擦因数最低,且复合涂层与基体结合状态好,抗磨自润滑性能显著。