摘 要

近年来，中国工业发展迅速，同时汽车制造业也发展飞快，这也使得当今中国的汽车保有量大大增加。但是随之而来的问题也就是石油能源的短缺以及环境的恶化。汽车轻量化是解决这些问题的非常有效的途径。且使用轻质材料是实现汽车轻量化的主要途径。7xxx系列铝合金相较于5xxx和6xxx铝合金具有低密度高强度等优势，已经成为了制造高强度汽车结构件的最有潜力的材料之一。

本文则以7075铝合金为生产制造汽车B柱的材料，首先设计实验了解7075铝合金在热成形工艺中的力学性能以及金相组织的变化规律，然后利用Autoform软件的热冲压数值模拟设计正交试验，研究一些工艺参数对B柱热冲压成形过程中最大减薄率以及最大应力的影响规律，从而确定B柱温成形工艺中一系列最优的工艺参数。

关键字：7075铝合金；轻量化；温成形；B柱；热成形工艺参数

Abstract

Inrecentyears,China'sindustryhasdevelopedrapidly,andtheautomobilemanufacturingindustryhasalsodevelopedrapidly,whichhasgreatlyincreasedthenumberofcarsinChinatoday.Buttheensuingproblemsaretheshortageofpetroleumenergyandthedeteriorationoftheenvironment.Carlightweightingisaveryeffectivewaytosolvetheseproblems.Andtheuseoflightweightmaterialsisthemainwaytoachievelightweightvehicles.Comparedwith5xxxand6xxxaluminumalloys,7xxxseriesaluminumalloyshavetheadvantagesoflowdensityandhighstrength,andhavebecomeoneofthemostpotentialmaterialsformanufacturinghigh-strengthautomotivestructuralparts.

Inthispaper,7075aluminumalloyisusedasthematerialfortheproductionofautomobileB-pillars.First,designexperimentstounderstandthemechanicalpropertiesof7075aluminumalloyinthehotformingprocessandthechangelawofmetallographicstructure.ExperimenttostudytheinfluenceofsomeprocessparametersonthemaximumthinningrateandmaximumstressduringthehotstampingprocessofB-pillar,soastodetermineaseriesofoptimalprocessparametersintheB-pillarwarmformingprocess.

Keywords:7075aluminumalloy;lightweight;warmforming;B-pillar；Hotformingprocessparameters

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 铝合金在车身上的应用 2

1.3 板材的成形性能 3

1.3.1 板材成形的影响因素 4

1.3.2 板材成形时的失效形式 4

1.3.3 板材成形性能分析 5

1.4 汽车B柱 5

1.5 国内外研究现状分析 6

1.5.1 铝合金HFQ工艺与温成形工艺 6

1.5.2 热冲压与HFQ工艺国内外研究现状 8

1.6 本论文研究的意义、目的及内容 10

1.7 本章小结 12

第2章 7075铝合金力学性能与相变研究 13

2.1 7075-T6铝合金基础力学性能 13

2.2 试验方案 14

2.3 7075-T6铝合金高温力学性能测定 16

2.3.1 拉伸试验概述 16

2.3.2 实验平台以及实验过程 16

2.4 实验结果 17

2.5 本章总结 23

第3 章热冲压工艺参数对B柱成形性的影响和优化 24

3.1 数值模拟平台介绍 24

3.1.1 材料参数 25

3.2 模拟过程 25

3.3 板材初始温度对最大减薄率和最大应力的影响 28

3.4 压边力对最大减薄率和最大应力的影响 29

3.5 摩擦系数对最大减薄率和最大应力的影响 30

3.6 板厚对最大减薄率和最大应力的影响 31

3.7 正交试验设计 32

3.8 本章小结 34

第4章 结论与展望 37

4.1 结论 37

4.2 展望 39

参考文献 40

致谢 42

第1章绪论

1.1研究背景

从改革开放开始，汽车工业已经逐渐成为我国工业发展的主导产业，我国的汽车保有量也已经慢慢攀升至全球第二，汽车保有量的剧增也导致了燃油消耗量的大大提高，随之而来的严峻的环境问题也引起了各界人士的关注，若要解决这些问题，降低汽车油耗以及减轻汽车重量都是很必要的手段。研究显示，燃油汽车的重量减少十分之一的话，燃油的效率可以提高6%~8%，并且还能减少大约4%的排放污染^[1-3]，汽车的轻量化也由此成为了节能减排最有效的方式之一。如今汽车轻量化技术也已经成为了提高车企竞争力的关键之一，同时也是汽车创新项目的技术发展的方向。

现在大部分车企的主流研究方向都是研究汽车轻量化材料，这也已成为汽车材料研究的热点之一。轻量化的汽车不仅要保证汽车的整体性能以及乘坐舒适性也要考虑安全性。使用轻量化材料来减轻汽车的重量也被整个汽车行业所认可，也成为了未来的发展趋势。高强度，轻质量的汽车轻量化新材料在整个汽车车身覆盖件制造业中受到了越来越高的重视。但是车身的轻量化并不是意味着只是减轻整车的质量而忽略的汽车的其他性能，为了保障汽车的其他性能良好，我们通常采用的方法包括优化车身结构，改进制造工艺以及优化某些零件的创新设计。这些方法也已经开发了数十年，再继续改进的话空间也不是很大,所以现在最被期待的方法就是选择性能更加良好的材料来实现这一目标。根据目前的研究现状来看，适用于车身的的材料就包括有碳纤维材料，高强度钢材，铝镁合金和一些复合型的材料。碳纤维材料相比于同体积的钢材，质量只有其三分之一，所以说碳纤维材料在减轻质量方面的性能具有良好的前景，而且碳纤维材料还有良好的比刚度性能，但是其缺点也很明显，碳纤维材料的加工性能不佳，如需大规模应用于车身还需要较长时间去实现，所以碳纤维材料的研究也需要不断开放尝试以及技术积累；其次是高强钢，自汽车诞生以来，钢一直被广泛用于车身，并且在未来的很长一段时间内还将在车身中使用，所以高强钢材料也一直被汽车行业内认为是实现汽车轻量化的最理想材料，但是传统的高强度钢材与铝合金材料相比，减重的效果十分有限，且无法满足当今节能减排的高要求，这不足以满足未来减轻车身重量的目标。随着合金技术的飞速发展，探索新型的汽车轻量化材料也已经刻不容缓。由于自然界中用于制造铝合金材料的元素的储备非常丰富，它具有良好的开发性，可回收性和明显的减重效果。大量研究证实，它可用作汽车轻量化的最理想材料。因此，就减轻重量而言，可以大规模使用高强度铝合金以获得更好的减轻重量。铝合金在温成形的条件下比传统钢材更具有良好的成型条件，也可以满足冲压件的需求。这也是解决当前能源消耗过多和污染加剧的有效途径。

在现代工业飞速发展的今天，汽车行业对于铝合金强度提出了更高的要求。7xxx系铝合金包括了包括Al-Zn-Mg系和Al-Zn-Mg-Cu系合金^[4]，且它具有密度低，加工性和成形性良好的特点。而且在常温的条件下7xxx系的铝合金还表现出了更高的强度。因此在汽车的制造业中具有很重要的工程应用前景。相较于传统的冷冲压工艺，7xxx铝合金在温成形工艺下具有更好的成形性和塑性。在温成形工艺下，7xxx铝合金板材可以一次性成形复杂的零件，有效减少了成形工艺工序。而且在高温下成形可以有效地减少成形产品的回弹量，提高零件的精度。正因为上面所说的这些优点，所以7xxx系铝合金也成为了当下研究的热点材料。所以说，为了可以提高7xxx系铝合金室温冲压成形的性能，我们需要在各种温度下确定成形参数，以便在汽车生产制造业中提供指导。

1.2铝合金在车身上的应用

铝合金材料应用于车身，其最大的优点是可以显着降低汽车的质量将进一步减少汽车的燃料消耗，并改善汽车的整体性能和可操纵性。同时，采用7075铝合金作为强度和能量吸收性能优异的超强铝合金。基于合理的车身结构设计，可以获得比传统钢车身更高的超高强度铝合金车身。在满足性能的基础上可以显着改善汽车的轻量化效果。因此，汽车的整体性能得到显着改善。另一方面，铝合金具有很强的耐腐蚀性，因此与传统的机身不同，它不需要防腐蚀处理，可以降低维护成本。