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【铝加工峰会】实例分析:汽车ABC柱热冲压成型用7075铝合金板材试制

SMM12月7日讯:在SMM铝加工&金属硅产业链峰会上,来自广西南南铝航空交通铝合金新材料与应用研究院的副院长任月路先生以其公司客户的一项样品作案例分析,对汽车ABC柱热冲压成型用7075铝合金板材试制工艺过程进行了详细的介绍。

项目背景


据任院长介绍,广西南南铝加工有限公司的一家电动汽车客户预计在2017年底上市第一款纯电动汽车,该款车是一辆7座SUV;应客户要求,公司需提供7075的样品进行试制,并提供热成型和后续加工工艺参数。

热冲压工艺与传统冲压工艺相比有如下优点:

1)增强铝合金板材的冲压成形性能,使复杂结构冲压零件可以一体成形,不需要拆分;

2)使用高强度铝合金板材一体成形,在同等性能条件下可极大减少结构内部加强板,精简零件数量,避免了多重部件连接;

3)减少了模具数量,降低了冲压设备压力机吨位,并且不需要在模具和零件设计时考虑零件回弹补偿。

技术要求与技术难点


由于该项目尚处于协助开发和送样试制阶段,汽车厂对于7075铝合金的技术要求只作了化学成分的规定和最终零部件的力学性能规定,而对于我司送至模具厂的原材料暂只做状态和尺寸规格规定。

1.原材料化学成分要求(GB/T 3190-2008

2.ABC柱成型后部件的力学性能要求(GB/T 3880.2-2012

3. 技术关键点与技术难点

1.固溶后转移和成形时间短,对成形设备要求高;

2.铝合金热传导率大,散热快,温降大;

3.热成形技术不成熟,工艺研究刚起步;

4.热成形涉及复杂的热—力—组织耦合,影响因素复杂多变。

试制思路及方案


1.试制思路—解决三大难题

解决思路:从成份设计、热处理工艺、热成形工艺等多方位入手,解决温度场、应力场及微观组织协调难题。

2.试制方案

汽车ABC柱热冲压成型用7075铝合金的试制分为两部分

1)7075铝合金板材生产试制

2)7075板材热冲压成型及后续加工

7075铝合金板材生产试制方面: 我司从合金成分设计、采用420mm厚结晶器和调整均热工序入手来降低7075合金的淬火敏感性提高合金的固溶温度,从而提高成品件的延伸率并降低合金的腐蚀敏感性;

ABC柱热成形性能受到5 个工艺参数的综合影响,各工艺参数影响程度由大到小依次为:板料初始温度、冲压速度、摩擦因数、压边力和模具初始温度,最终得到最优工业方案。

7075板材热冲压成型及后续加工方面:提供固溶温度、淬火转移时间、时效前停留时间、时效制度等工艺参数,后进行生产试制。

3.ABC柱热冲压成型及后续加工工艺

毛坯料→进辊底炉加热(固溶)→出炉转移→冲压成形→淬火(冷模内淬火) →出料→时效,进料、出料和冲压均采用机器人。

四、 热冲压过程


热冲压前的工艺窗口讨论:7075热冲压前,四方进行工艺窗口的讨论和确定。固溶工艺,485℃保温5min;时效工艺,120℃保温15h;时效前停放时间,12~24h。

 

五、 试制结果检测


7075-H18铝合金板材后续加工过程实验

1)固溶过烧温度

7075合金的固溶温度通常为473℃左右,预计新设计的7075合金的过烧温度将提高至500℃左右,考虑DTQM的现有炉温波动范围为±10℃,故将固溶温度范围定位460~520℃,固溶时间控制在5min;过烧的判定分别从DSC、力学性能和金相显微组织(航标QJ/1675-1989)三方面进行综合分析。测试范围25~600℃,升温速率10℃/min;在25~600℃范围内无明显吸热峰。

2)淬火转移时间

升温从26℃升至470℃,升温过程分为两个阶段:A区224s从26℃升至390℃,升温速率1.6℃/s;B区334s从390℃升至460℃,升温速率0.2℃/s 。C区为保温阶段,时间5min。

降温从468℃降至43℃,降温过程分为三个阶段:D区116s从468℃升至239℃,降温速率2.0℃/s;E区93s从239℃降至140℃,降温速率1.1℃/s ; F区339s从140℃降至43℃,降温速率0.3℃/s 。从468℃降至437℃时间为16s。

3)高温拉伸性能

变形初期,应力值迅速增加,应力值达到峰值后逐步降低,合金出现明显的软化现象。7075合金在相同的应变速率时,流变应力随变形温度的增加而减小。当变形温度相同时,流变应力随应变速率的增加而增加。450℃~490℃在1mm/min和10mm/mm应变速率下,7075合金变形较平稳(更接近于恒定的稳态流变),均匀变形能力更好。

 


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