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近年来,随着能源和环境问题的日益尖锐,全球各大汽车制造商都在加快对汽车轻型化的研究与开发,而汽车轻型化中一个很重要的部分就是车身零件的轻量化。由于铝合金板的强度和钢板类似,而比重仅为钢板的1/3,可满足汽车车身零件轻量化的要求,因此已经开始被用来制造汽车覆盖件。与钢板相比,铝合金板的塑性差,在常温下难以成形,必须采用温成形工艺并添加润滑剂。铝合金板温成形工艺受到材料成形性能、工艺参数与模具的设计、润滑与摩擦状态等诸多因素的影响,目前仍是一项尚待进一步研究开发的板料冲压成形新技术。本文结合通用汽车—中国材料及摩擦学研究联合体资助的研究项目,对铝合金板温成形中的摩擦学特性进行了理论与实验研究,深化了对铝合金板温成形规律的认识,为铝合金板温成形工艺及模具设计的优化提供了依据。
摩擦与润滑状态是影响铝合金温成形工艺的一个重要因素。本文研究了铝合金板成形过程的摩擦行为,并根据板料和模具接触表面润滑膜厚度与粗糙度的相对值,分别建立了全膜润滑和混合润滑状态下铝合金板成形过程的摩擦模型,并导出了摩擦系数在铝合金板成形有限元分析中的计算公式。
为了用实验方法测定和研究板料成形过程中摩擦的变化规律,本文提出了一种模具凸凹模圆角的摩擦模拟测量法,并设计制作了铝合金板成形过程摩擦测试的实验装置。利用该实验装置,作者对铝合金板摩擦测试实验装置进行了可行性分析实验。实验结果表明,该凸凹模圆角摩擦测试实验装置稳定性好、操作方便、可重复性等优点,克服了在铝合金板温成形过程中同时测定凸凹模圆角摩擦力和摩擦系数的困难,为进一步深入研究铝合金板料温成形过程中的摩擦学问题奠定了良好的基础。
作者利用自行设计制作的实验装置,对5182 铝合金板在不同成形工艺条件下的摩擦进行了测试实验,确定了合理的压边力(其值为3Mpa),并研究了摩擦系数随工艺参数变化的规律。研究结果表明:随着凸模行程的增加,摩擦系数有先增大后减小的趋势;随着成形温度升高,在相同的凸模行程阶段中,凸凹模圆角的摩擦系数都有逐渐增大的趋势,且凹模圆角处的摩擦系数比凸模圆角处的大。