包覆铝合金变形抗力模型的研究.pdfVIP

包覆铝合金变形抗力模型的研究 李晓娜 1，谢满堂2 （1.一重集团大连设计研究有限公司工程师，辽宁大连 116600 2.一重集团大连设计研究有限公司高级工程师，辽宁 大连 116600） 摘要：三层复合包覆铝合金带材是以铝锰系合金为芯材、双面包覆铝硅系钎料合金 的多层复合材料，通过使用DEFORM-2D软件对包覆铝合金进行热压缩仿真有限元分 析得到包覆铝的变形抗力模型。本文对包覆和变形抗力之间的关系进行了具体的分 析，针对不同的包覆率，使包覆铝的变形抗力数学模型具有很高的预测精度。因此 在包覆铝热轧过程中可以使用现有的模型进行轧制力预测。 关键词：包覆铝；变形抗力模型；热压缩实验；有限元分析；包覆率 以 Al-Mn-X系合金为芯材、双面包覆 Al-Si-X系钎料合金的三层复合包覆铝合 金带材，不仅具有芯材合金良好的加工性能和耐腐蚀性能，且由皮材在热交换器钎 焊过程中直接提供钎料，简化了钎焊工艺、降低了生产成本、操作方便，从而广泛 地应用在各种汽车热交换器领域之中，是制造管带钎焊式热交换器的重要材料之一 [1-3]。 Al-Si-X系合金在室温下塑性较差，所以热轧复合法是目前生产三层复合包覆 铝合金带材的成熟工艺，它利用热轧机的强大轧制压力将芯、皮材待复合表面的氧 化膜、污染膜等破碎，使之裸露出新鲜表面，在一定的复合条件下，实现芯、皮材 界面的复合。三层复合包覆铝合金带材在实际钎焊过程中对钎料层的包覆率有严格 要求。包覆率是指单面钎料包覆层厚度占总厚的百分比。当包覆率较小时，钎焊时 钎料供应不足，造成虚焊或假焊，导致钎焊质量差，引起产品报废；包覆率较大时， 钎焊中的融熔钎料流动过快，降低了复合箔在高温下的抗下垂性能，是引发热交换 器在钎焊时复合箔发生坍塌现象的原因之一，在生产中时有发生。所以包覆率的大 小对复合铝合金带材的综合性能有直接的影响。因此，国内外的有关标准均对钎焊 料的包覆率作了严格的规定，并且要求在满足复合铝合金带材钎焊性能的前提下， 包覆率的波动范围应控制在±2%之内。在生产中热轧复合过程是影响包覆率变化的 主要环节，研究热轧复合过程中的包覆率变化规律，建立精确实用的热轧包覆率变 化数学模型，在生产中对于包覆率的有效控制有着重要的指导意义。 包覆铝合金所用的芯材为3003，皮材为4004。由于包覆铝合金具有高电导率、 高耐腐蚀性和高延展性等特点在工业上得到广泛的应用。对比其他生产方法，包覆 铝合金的热轧制生产方法具有更高效和经济的特点，成为越来越重要的研究课题。 然而包覆铝合金热轧过程中的塑性变形是非常复杂的行为，导致很难建立具体的数 学模型。目前关于这部分内容国际和国内只发表了很少部分的文章。本文通过热压 缩实验先拟合出了铝合金 3003 和4004 的变形抗力模型，基于实验结果对包覆铝合 金进行热压缩仿真有限元分析提出了适用于包覆铝合金热轧的变形抗力模型。 1 铝合金变形抗力模型 包覆铝合金材料是4004/3003/4004铝合金的复合材料，需要先通过热模拟实验 【4】 得到3003和4004铝合金的周纪华变形抗力模型 （方程1）。用热压缩方法在Gleeble -1500 热模拟试验机上测定材料的变形抗力。为消除端面摩擦对变形抗力的影响， 得到单向压应力，在Φ8mm×12mm 圆柱体试样上下端面车 0.2mm 深的凹槽，并在凹 槽中填充润滑剂（75%石墨+20%机油+5%硝酸三甲苯酯）。采用电阻加热升温，加热速 率为10℃/s，分别加热至200℃，300℃，400℃，450℃，500℃后保温5min，然后 -1 -1 -1 -1 -1 进行压缩变形60%（变形程度），变形速率取0.1s 、1s 、5s ,10s ，20s ，变形后 立即水淬，得到计算机自动采集真应力、真应变、压力、位移、温度、时间等实验 数据，通过统计分析软件 SPSS 对周纪华变形抗力模型进行多元非线性回归分析,得 出模型中系数a1-a6，即得到铝合金3003和4004的变形抗力模型（方程2和3）。 a +a T a +a T ⎛ ⎞ε 2 3 ⎛ ⎛