汽车用铝合金控制臂锻造工艺研究

论文摘要

当代汽车正朝着轻量化、高速、安全、舒适、节能与低污染的方向发展。提高汽车的铝化率,是汽车工业发展的必然趋势。作为汽车中重要零件之一的悬架控制臂,它是底盘系统的重要安全件,在设计中要求强度高、可靠性好。它的强度直接关系到车辆和乘员的安全。本文采用铝合金锻件代替传统的钢板作为材料生产控制臂零件,以达到轻量化的目的。本文开发了一种新型6000系铝合金来生产铝控制臂。通过热模拟实验和后续EBSD组织观察,获得了该材料的流变应力方程和在不同工艺下形成的变形组织,结果显示：该材料的亚晶或动态再结晶晶粒尺寸均随着Z参数的变大而减小。晶粒尺寸与Z参数的关系；材料在固溶后晶粒均发生了一定程度的长大,Z参数越小,长大的程度越小,Z参数为7.01×1012时,晶粒尺寸由7.278μm长大为9.688μ m。随着Z参数的变大,固溶后的晶粒急剧长大,当Z参数为8.57×1020时,晶粒尺寸由2.686μm长大为92.285μ m。通过分析了7种工况下汽车铝制控制臂的受力情况,对其结构进行优化,确定了零件的最终形状。与钢制控制臂相比,减重约40%。本文克服传统铝控制臂复杂的锻造工艺,采用异形坯料配合锻造的短流程锻造工艺。通过数值模拟的方法对异形坯料进行形状设计及锻造工艺的研究,随着初锻温度的提高和锻造速度的增大,材料的应变会先增大后减小。确定了异形坯料的形状和其锻造工艺,锻造温度为400℃,锻造速度10mm/s。该工艺下工业试生产的控制臂屈服强度约为381.5MPa,抗拉强度约为401MPa,延伸率在12%～15.6%之间,完全能够达到控制臂安全使用的要求。通过本文的研究,利用新形6000铝合金的高强度,配合异性坯料配合锻造的短流程工艺生产汽车用铝控制臂是一种高效节能的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 铝及变形铝合金的特性和应用
• 1.1.1 铝及变形铝合金的特性
• 1.1.2 铝合金的分类
• 1.1.3 变形铝合金的分类和应用
• 1.1.4 铝合金的强化机制
• 1.2 铝合金在汽车轻量化上的应用
• 1.2.1 汽车轻量化的意义
• 1.2.2 铝合金在汽车上的应用
• 1.3 控制臂概述
• 1.3.1 控制臂的结构形式
• 1.3.2 控制臂在轿车整车上的功能描述
• 1.4 铝合金锻压生产技术及锻件的应用开发
• 1.4.1 铝合金锻压件的特性及应用领域
• 1.4.2 铝合金锻压生产技术与发展水平
• 1.4.3 国内铝合金锻压生产发展现状和水平分析
• 1.4.4 铝合金锻件的技术开发及应用前景分析
• 1.6 本文研究目的及意义
• 第2章 材料的组织性能研究
• 2.1 材料的制备
• 2.1.1 材料成分的确定
• 2.1.2 实验材料制备
• 2.2 材料的组织性能
• 2.2.1 组织研究实验方案
• 2.2.2 真应力应变曲线及力学本构方程的建立
• 2.2.3 试样变形后微观组织分析
• 2.2.4 温度和应变速率对合金组织的影响
• 2.2.5 变形组织的定量分析
• 2.2.6 固溶后微观组织分析
• 2.2.7 力学性能测试
• 2.3 本章小结
• 第3章 锻件结构优化设计
• 3.1 CAE软件的应用
• 3.1.1 ANSYS的介绍
• 3.1.2 ANSYS软件提供的分析类型
• 3.1.3 ANSYS的前处理模块
• 3.2 锻件形状设计与结构优化
• 3.2.1 锻件结构优化
• 3.2.2 锻件形状图
• 3.2.3 锻造模具的设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 锻造模拟
• 4.1 DEFORM软件的应用
• 4.1.1 DEFORM简介
• 4.1.2 DEFORM功能
• 4.1.3 DEFORM软件操作流程
• 4.2 坯料设计
• 4.2.1 坯料厚度设计
• 4.2.2 坯料形状设计
• 4.3 工艺过程模拟
• 4.3.1 工艺条件设定
• 4.3.2 模拟步骤
• 4.3.3 模拟结果分析
• 4.4 锻件试生产
• 4.4.1 工艺流程
• 4.4.2 性能检测
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢