人工时效时间及预拉伸对6061铝合金弯曲变形回弹行为的影响研究

【摘要】：铝合金成形工艺广泛应用于汽车行业用于制造车身、面板、底盘等多种零部件,而在成形过程中,加工工件可能会出现回弹、开裂、截面变形等缺陷。为了避免在进行大批量零件生产时出现大范围的零件加工缺陷,需要对弯曲成形工艺进行深入的研究。本文以6061铝合金轧制板材为研究对象,通过INSTRON5966型电子万能试验机对经过固溶处理的6061铝合金板材和人工时效处理1h、2h、4h和8h的6061铝合金板材进行准静态拉伸和三点弯曲试验,结合DIC(DigitalImageCorrelation,DIC)设备实时获得试样在塑性变形过程中的弯曲曲率分布,利用LS-DYNA有限元分析软件对6061铝合金板材弯曲以及回弹的过程进行模拟。研究了该金属材料在不同人工时效条件下的弯曲成型性能,讨论了硬化指数n、硬化系数K等材料参数对6061铝合金板材弯曲回弹、应力分布、截面变形的影响。研究表明:固溶热处理能明显提高6061铝合金板材的塑性变形能力,提高试样的延伸率。经过固溶处理的板材的加工硬化指数n最大,经过人工时效处理的6061铝合金板材的加工硬化指数n迅速减小,并且人工时效时间越长,加工硬化指数n越小。随着人工时效时间的增长,6061铝合金试样的强度得到提升,加工硬化率逐渐变大,同时在变形过程中容易出现缩颈现象。T6铝合金板材上表面的等效压应力和下表面的等效拉应力均随着人工时效时间的增加而逐渐增大,并且差值逐渐增大,从而导致回弹量增大。应变硬化系数K的增大促进了厚度的不均匀分布和截面的畸变。为模拟板料真实成型过程,本文采用先预拉伸后三点弯曲的实验方法针对6061铝合金板材的弯曲成型问题进行研究。首先,对6061铝合金试样在准静态条件下进行单次预拉伸和循环预拉伸试验,依次加载的预拉伸量分别为2mm,4mm,6mm,8mm。然后对经过预加载的试样进行三点弯曲试验。分析6061铝合金板材在加载—卸载的循环加载过程中的力学性能,研究不同塑性应变程度的材料弹性模量的变化规律及其对弯曲性能的影响。并根据不同预拉伸的试样的二次拉伸流动应力曲线,初步获得了考虑预应变的材料本构模型。研究表明:随着塑性变形的不断加大,6061铝合金的非弹性回复行为逐渐变大,弹性模量E的值不断减小,弯曲的回弹角度逐渐变大。