【《汽车防撞梁的加工工艺研究概述》3800字】

汽车防撞梁的加工工艺研究概述引言目前，挤压技术广泛应用于铝合金防撞梁的成型。选用的材料主要有六系铝合金和七系铝合金。6系列铝合金具有较高的强度，较好的挤压性能和优良的耐腐蚀性能，7系列铝合金具有较高的强度，但由于硬度高，挤压性能差，抗应力腐蚀性能差，被广泛应用于航空领域。目前在防撞梁上广泛使用的是6系铝合金，其材质为6082和6063。1.1铝型材挤压成型工艺把配置好的6082铝合金材料，需要加工成铝棒，然后挤压成型。铝棒一般使用铸造的方式进行成型。如图3-1所示，是为6082铝合金材料的铝棒。图3-16082铝合金材料的铝棒把图3-1中已成型好的铝棒在如图3-2所示的铝合金型材挤压机中进行挤压成型，得出所需要截面形状的铝合金型材。图3-2铝合金型材挤压机挤压铝合金型材的历程分为两个步骤。首先是把加热后的铝棒放进去铝合金型材挤压机里面，通过挤压模具获得所需横截面形状的铝合金型材。流程如图3-3所示。图3-36082-T6铝合金型材挤压成型铝合金型材挤压成形的第二步是成品铝合金型材的水淬处理，如图3-4所示。把新挤压的铝合金型材浸入冷水中快速冷却。可通过淬火处理有效提高铝合金型材的性能。图3-4铝型材水冷淬火处理1.2铝型材热处理工艺挤压6082-T6铝合金型材在这一道工序加工完成后需要对其表面处理，及需进行热处理。通常我们把此类热处理加工分为9个级别，每个级别有的定义也不同的，同时也有不一样的处理方法。对于6系铝合金材料，我们通常使用该系列铝合金的T6状态热处理级别，这个级别的热处理即有固溶处理也有系统的人工时效处理。什么是固溶处理(solutiontreatment)？指的是过饱和固溶体的热处理过程，将合金加热到高温单相区，然后保持在某一温度值，使过剩相完全溶解在固溶体中，然后迅速冷却。能够进行充分的人工时效（Prescription）处理，必须采用较高的时效（Prescription）温度和更长的保温时间，使金属材料具备最高限度的硬度和最大的屈服和抗拉强度。在我们的6系列铝合金中，平时利用单段时效（Prescription）工艺，这个工艺是指即在151℃下时效2个小时以上。但7系列铝合金特别敏感于应力腐蚀与剥皮腐蚀，故7003铝合金被固溶处理完再不使用单段时效工艺，和6系列是不相同的。6082-T6状态下的铝合金型材对于热处理完成的情况，沿型材挤压方向取单轴拉伸实验试样，试样尺寸如图4-5所示。实验采用美国Instron-3369万能实验机，拉伸速度为5毫米/分钟。图3-5单轴拉伸实验试样尺寸图图3-6所示为在T6状态下6082铝合金的工程应力——应变曲线图，表2-3为在T6状态下面的6082铝合金材料力学的机械能力。图3-66082-T6铝合金工程应力—应变曲线图表3-16082-T6铝合金力学性能由表3-1可知，在T6状态下的6082-T6铝合金的屈服强度约为304兆帕，抗拉强度约为345兆帕。由于这些材料具有强度太高，则执行拉伸弯曲成型变的更加困难。为了方便6082-T6铝合金型材拉弯成型，确定对7003铝合金型材进行T4级热处理，即对铝型材先进行固溶处理，再到材料状态稳定为止进行自然时效处理。如图3-7所示为6082-T6铝合金再T4状态下的工程应力—应变曲线图，表3-2为6082-T6铝合金在T4状态下的力学性能。图3-76082-T6铝合金工程应力—应变曲线表3-26082-T6铝合金力学性能观察表3-2中3项样品的三种力学性能参数，该型号铝合金的大致屈服强度在180-190MPa左右，对塑性变形的抗力大约略低于300MPa。和在T6状态下的7003铝合金相比较而言，性能上要低一些，较低的力学性能导致该型号的铝合金型材拉弯成型较为容易实现。所以在本本次设计中，打算选取铝合金型材在6082-T6状态下的时候，进行分析和研究。1.3防撞梁挤压成型工艺流程型材加工成型通过锯切、弯曲、铣削等工序了以后，铝合金防撞横梁主要的加工工序是将挤压，最后再进行热处理，最后焊接或螺栓组装连接在一起。有一些产品为了表面美观，还会对其实行这些工艺处理，如表面氧化、镀锌、喷塑等。能实现耐磨性与光洁度的求。铝合金防撞梁总成具体工艺过程如下3-8图所示：1.4拉弯成型工艺研究1.4.1拉弯成型的意义由于在本次设计中使用了冷成形这种加工方法，所以铝合金会大概率发生起皱、拉裂、截面畸变。这种情况在生产加工过程中没法做的完全规避的。这种对安装装配的有着很严格的精度要求。一种途径是对所使用的模具半径进行缩减，调整铝合金拉弯的工艺参数来减小回弹另一方面可以。如图3-8所示，成形缺陷铝型材拉伸弯曲过程中还有其他常见的。图3-8铝型材拉弯成型常见缺陷皱折通常发生在铝型材与拉弯模的连接表面，内表面为圆弧。当预紧力小时，型材弧区内表面在弯曲过程中受到压应力作用，导致内表面长度变短，型材宽度方向在弯曲过程中不发生变化，从而导致内侧厚度增加，出现皱纹。影响铝型材质量的因素有很多，包括截面尺寸、材料、类型与拉弯工艺参数等，每个因素都有可能相互影响REF_Ref74839723\r\h[21]。为了铝型材拉伸和弯曲成型质量的提高，如果只用控制变量的方法研究每个方法参数对型材拉伸和弯曲成型品质的作用，因此，最佳工艺参数似乎太小，所以在本次分析中，我们忽略了，没有影响的因素之间的关系。条件之间的关系特别重要。在设计我们的铝型材时，设计师只从碰撞安全的一般特性和车身的安全性来考虑铝型材的结构。在此种情况下，这意味着在设计铝型材过程中没有考虑不一样的过程。例如，设计出来的铝型材虽然满足了车身特定特性的要求，但由于我们拉伸和弯曲成型工艺生产率低，弯曲成型完成后截面的形变和变形现象非常的严重。现实中，在实际加工中，截面畸变量很大时，在使用铝型材的时候，往往通过在拉伸和弯曲成型过程中填充铝型材来减少截面的畸变。此种方式的作用不是非常的显然易于使用，反过来会影响加工效率，达不到正常的尺寸精准度的要求与加工效率要求。因此，针对铝型材结构—材料—工艺参数等影响拉伸和弯曲成型质量的参数，探索对铝型材拉伸和弯曲成型质量的作用规律，并且在满足轻量化设计过程中对车身性能的要求，因此，综合考虑铝合金型材拉伸和弯曲成型工艺性能的设计方法是非常重要的。1.4.2拉弯成型研究现状研究铝合金型材的国内外的学者们一直在参与和寻找改进。而相对于其他的研究，铝合金拉伸弯曲的研究起步一点也不早，技术存在不完善和不成熟。跟随这汽车轻量化技术的发展前进，投入了大量的研究资金国内外汽车企业在铝合金的应用上。汽车轻量化研究领域也占有重要地位铝合金拉弯成形技术方面。国外的一些汽车法国雷诺、德国奥迪、美国特斯拉、德国埃朗根大学、挪威科技大学、美国德克萨斯大学等著名汽车企业率先研究铝合金型材的拉伸弯曲成形，车身结构框架、密封条、玻璃导槽等弯曲件是主要研究对象包括。最近几年来，铝合金的应用越来越广泛，发展速度又快。国内的多所大学也在进行铝合金型材弯曲有关的研究。当前，国内外铝型材拉伸、弯曲的主要研究方法有理论分析法、实验分析法和有限元分析法。1.4.3拉弯成型分类根据成形方法的不同，在铝合金型材中成形弯曲形状的技术可分为两种:一种是通过模具和铝合金型材之间的相对位移运动来，从而实现弯曲成形的运动成形方式，像压面机一样:滚压成形等。还有一种是根据模具的形状进行成型，比如:拉伸弯曲成型,见下图3-9所示，截面应力分布为型材拉伸弯曲时REF_Ref74839737\r\h[15]。在成型的同时弯曲成形铝合金概要,拉伸力垂直于双方的概要文件是对的,换一种说法是,材料受到拉伸力和弯矩同时,应力和应变的分布在每个部分的材料也是不同的。截面外侧的拉应力、截面内侧的压应力以及中性截面的应力均为零并且偏移向内侧，各截面上分布的应力是大致相同的。图3-9拉弯成型截面应力分布图加工方法分拉弯成型为两种，即张臂法和转台法REF_Ref74839746\r\h[16]。如图3-10所示为张臂法拉弯成型REF_Ref74839754\r\h[17]，折弯模具在拉伸和折弯过程中是固定的，当铝型材的两边在拉伸弯曲机的水平位置受到摆动臂作用，缓慢的向模具方向移动并旋转，摆动臂在弯曲成型过程中夹紧型材两端，油缸向外反向收缩，以施加拉力带动夹头运动向型材，对型材的拉弯成型从而实现。图3-10张臂法拉弯成型示意图转台法拉弯成型示意图为如图3-11所示。为达到对铝型材的拉弯成型目的，转台式拉弯机的摆臂夹住型材转动的同时拉弯摸具跟着转动，从而达到对挤压铝型材的拉弯成型的目的。和上面谈到的张臂法一样对型材拉弯成型的过程中也得对型材需要施加拉伸力。不相同的是在操作的全过程中对型材的拉力是保持一致的。根据实际的需求对弯曲好的型材添加一定的补偿拉力。图3-11转台法拉弯成型示意图1.4.4铝型材拉弯成型工艺流程按照拉伸力和弯矩组合方式的不同，拉弯成型工艺技术的成型流程，一般情况下分为三种情况[19]：先拉伸—弯曲：初期给予预紧力给铝合金型材，让铝合金型材处于屈服状态。用弯矩对铝型材进行弯曲，在弯曲过程中始终有拉伸力，并保持不变，方向始终与型材的两侧垂直。预张力主要用于阻止型材内表面起皱和减少成形后回弹。弯曲—后面再补位：为了把型材弯曲对型材给予弯矩，然后在纵向施加两侧端面的拉伸力给型材。预拉伸—弯曲—补拉：当铝合金型材拉伸到屈服状态时，首先给予轴向拉伸力，达到型材弯曲变形后再施加弯矩。在弯曲过程当中，保证预拉力不变，方向始终和型材两侧端面垂直并朝外。最后施加和型材端面垂直向外的拉伸力，消除拉弯成型残余应力，成型之后的回弹量有效的减少。1.5铝合金防撞梁焊接工艺MIG焊接、TIG焊接、冷敷金属焊接CMT是铝合金焊接主要形式，此车型主要采用脉冲MIG焊接的方式把铝合金前防