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鋁合金汽車板材彎曲性能測試方法

嘉峪檢測網        2019-09-02 16:10

隨著我國對環境治理力度的加大,新能源汽車得到國家的大力支持,越來越多的傳統汽車生產商加入到生產新能源汽車的行列中。

 

目前制約新能源汽車發展的關鍵因素是作為動力源的鋰電池的續航能力,而減輕汽車的車身質量是提高續航能力的有效手段。由于鋁的密度是鐵的1/3左右,鋁合金在強度、成形性、焊接性、耐均勻腐蝕性、加工硬化性能等方面的性能優異,因此被廣泛用于汽車的輕量化制造。為保證汽車用鋁合金材料的質量,對其進行一系列力學性能測試是必不可少的。

 

筆者對彎曲性能試驗進行了深入探討,分析了主要影響因素及測試過程中需注意的要點,以期為國內乘用車鋁合金板材彎曲測試提供參考。

 

鋁合金汽車板材彎曲性能試驗方法

 

鋁合金板材預拉伸試樣的示意圖如圖1所示(Lt為試樣長度;Lf為試樣自由段長度;Le為引伸計標距),尺寸為290mm×(70±1)mm或360mm×(70±1)mm,預拉伸設置為塑性變形10%,測試應變速率為0.00251s-1,縱向引伸計標距為100mm。自由段長度為230mm(對應360mm試樣)和160mm(對應290mm試樣)。

 

鋁合金汽車板材彎曲性能測試方法

圖1 預拉伸試樣示意圖

 

預拉伸試樣經拉伸后,在其上取3個小的矩形試樣,尺寸均為60mm×60mm,如圖2所示。

 

鋁合金汽車板材彎曲性能測試方法

圖2 測試試樣取樣示意圖

 

在彎曲試驗機上使用三點彎曲工裝對60mm×60mm小試樣進行彎曲試驗,測試設備及配套工裝如圖3所示。需達到按VDA-238-100-2017Plate Bending Test for Metallic Materials標準設置的參數后試驗自動停止,待力卸載后對試樣(圖4)進行評定。

 

鋁合金汽車板材彎曲性能測試方法

圖3 試驗裝置

 

鋁合金汽車板材彎曲性能測試方法

圖4 彎曲試驗后的試樣

 

鋁合金汽車板材彎曲性能測試步驟

 

以厚度為1.00mm的6016鋁合金外板90°方向測試為例,其主要測試步驟如下:

(1)對3個60mm×60mm試樣邊部去除毛刺(避免彎曲過程中產生應力集中)。

(2)根據試樣尺寸調節輥距為1.00×2+0.5=2.5mm(客戶要求角度>130°)。

(3)根據計算結果使用輥距調節裝置將輥距間隙顯示值精確設置為2.58mm-0.0mm/-0.1mm。

(4)根據VDA-238-100-2017標準選擇0.2mm壓頭,并將其安裝到上夾具上鎖緊。

(5)根據VDA-238-100-2017標準對彎曲測試設備進行參數設置,預加載速率為10mm·min-1,預加載力為30N,測試速率為20mm·min-1,根據合金類型及其厚度選擇停止條件為30N(最大力衰減30N停止)。

(6)將試樣放置在兩輥之上,中心線與壓頭平行。

(7)測試前對力值、位移進行清零。

(8)對測試后的試樣角度進行手動測量。可以使用萬能角度尺(圖5),利用透光法測量角度。

鋁合金汽車板材彎曲性能測試方法

圖5 萬能角度尺

(9)根據VDA-238-100-2017標準中的公式對角度進行計算。

(10)按照上述步驟測試另兩個試樣。

(11)3次測試結果偏差不超過5%。

(12)做好測試記錄表,重點記錄材料厚度、下壓行程、輥距、壓頭半徑的數據。

 

鋁合金汽車板材彎曲性能試驗結果

 

整理試驗數據見表1。

 

表1 測試數據匯總表

鋁合金汽車板材彎曲性能測試方法

 

分析表1所示數據可知:

(1)手動測試的結果應為公式計算結果的補角,手動測試和公式計算兩種方式產生的差值是材料回彈造成的。

(2)在同一預拉伸后的試樣上取的3個小試樣的測試結果波動要求不超過5%,但實際中希望不超過2%(約3°)。

(3)通過試驗證明,工藝相同的情況下同一卷材料相同方向的測試結果差異不超過5%(約4°)。

(4)公式計算結果受下壓行程、材料厚度、輥間距的影響,壓頭半徑、支撐輥直徑為固定值,不造成影響。

 

鋁合金汽車板材彎曲性能測試經驗總結

 

(1)對試樣邊部毛刺的處理必須要到位,否則在測試過程中試樣彎折線處會形成應力集中,邊部如產生裂紋會使設備提前檢測到下降力30N,從而導致測試結束,造成試驗結果偏大。

(2)測試過程中試樣的測試方向必須按照客戶要求,因為不同方向的測試結果差異很大。

(3)采用公式計算方法需要做好相關記錄,主要控制下壓行程、材料厚度、輥間距這3個要素,盡量采用分辨率高的設備對輥間距和材料厚度進行測量。

(4)手動測試時推薦使用萬能角度尺,利用透光法進行角度測試。

(5)根據不同的材料強度選擇不同的力值傳感器進行測試,鋁合金材料建議使用≤10kN的設備進行彎曲性能檢測,如果采用比較大的力值傳感器會導致設備無法捕捉下降力30N的測試停止條件,影響測試結果。

(6)設備支撐輥的剛度對測試結果的影響也較大,VDA-238-100-2017標準對設備輥距的膨脹值做了要求,規定輥距在3000N力作用下膨脹值不能大于0.1mm,采購設備時要進行能力驗證。

 

作者:王亮,分析主任工程師,山東南山鋁業股份有限公司

 

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來源:王亮理化檢驗

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