6063T6鋁合金型材整截面彎曲試驗研究

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在全球環境危機日益嚴峻的今天，主要的汽車消費國相繼出臺更為嚴苛的汽車排放法規，節能減排是當今汽車工業必須面對的問題[1]。目前，汽車輕量化是實現汽車節能減排的重要措施之一。據文獻報道，汽車所用燃料的60%消耗于汽車自重，汽車質量每減輕10%就可以降低油耗6%～8%[2]。鋁合金型材具有密度小、比強度高、耐腐蝕性強以及結構多樣等特點，被越來越多地運用到汽車零部件的開發過程中（如汽車保險杠、副車架等）。目前，國內文獻多集中于對鋁合金型材汽車零部件的研究，多集中在產品的優化設計、性能模擬分析的分析介紹［3-6］。而隨著鋁合金型材在新能源汽車上的應用，汽車鋁合金型材型材的性能試驗評價研究越來越受到關注。

本文以6063T6鋁合金型材為研究對象，提出了利用最大載荷、彎曲剛度和吸能量評價鋁合金型材整截面彎曲性能，并探討了鋁合金型材整截面彎曲性能試驗參數對6063T6鋁合金型材彎曲性能的影響規律。

試樣介紹

試樣為6063T6鋁合金型材（見圖1），試樣長度1200mm，試樣截面呈“口”字形，具體尺寸如圖2所示。

圖2 試樣截面尺寸

試驗介紹

如圖3所示是整截面彎曲試驗原理。試驗在輕量化材料應用測試系統AMM-200-1上完成，試驗設備及工裝如圖4所示。試驗按照表1的參數進行，試驗過程中支輥間中心距離應保持不變，不得出現扭轉現象。實時記錄“力—下壓量”數據，壓縮至規定的下壓量之后停止試驗。

圖3 整截面彎曲試驗原理

圖4 試驗設備及工裝

表1 彎曲試驗參數

試驗結果

如圖5所示，是試驗記錄的“力—位移”曲線示意，從圖中可以獲得最大載荷、剛強度以及吸能量數據。

圖5 力-位移曲線示意

最大載荷是指鋁合金型材在整截面彎曲試驗過程中所受的最大力。

剛強度K是指鋁合金型材在整截面彎曲試驗過程中的彈性變形階段的壓力增量ΔF與其對應的位移量ΔH的比值，計算公式見式（1）。

式中K——彎曲剛度；

ΔF——壓力增量；

ΔH——彈性變形量。

吸能量E是指從鋁合金型材在整截面彎曲試驗開始到規定壓縮量過程形成的“力—位移”曲線與橫坐標軸所圍成的面積，計算公式見式（2）。

式中E——吸能量；

F（H）——壓力；

H——位移。

如圖6所示，是試驗獲得的不同試樣的“力—位移”曲線。根據圖6，可以獲得各試樣所承受的最大載荷，各試樣所承受的最大載荷見表2。在圖6中的“力—位移”曲線上，讀取彈性變形階段的位移量ΔH及其相應的壓力增量ΔF，按式（1）計算彎曲剛度K，計算結果見表2。

對圖6中的“力-位移“曲線，根據式（2）計算彎曲變形位移至規定的H0時的吸能量E，分別對1#、2#試樣壓縮量為50mm時的吸能量，以及3#、4#試樣壓縮量為100mm時的吸能量進行計算，計算結果見表2。

從表2的試驗結果可以看出，隨著支輥中心距離的增大，試樣承受的最大載荷、彎曲剛度均變小，并且相同下壓量下，試樣的吸能量隨著支輥中心距離的增大而減小；在相同支輥間距下，隨著下壓量的增大，試樣所承受的最大載荷和彎曲剛度變化不大，這是由于最大載荷和彎曲剛度取決于鋁合金材料本身的力學性能和型材的結構。隨著下壓量的增大，吸能量隨著下壓量的增大而增大，但是由于試驗所用型材的結構為相對簡單的“口”字形，該結構的吸能量較小，吸能效果不高。

圖7所示為試驗后各試樣的照片，試驗后各試樣的內彎曲面出現明顯的凹陷，外彎曲面無可見裂紋產生。

圖6 試樣的力—位移曲線

表2 彎曲試驗結果

圖7 試驗后的試樣照片

結語

（1）對于鋁合金型材整截面彎曲試驗，支輥中心距離對鋁合金型材承受的最大載荷和彎曲剛度影響較大，而對吸能量影響較小，下壓量對吸能量的影響相對較大。

（2）通過最大載荷、剛強度和吸能量評價鋁合金型材的全截面彎曲性能具有可行性。