AZ31鎂合金板材熱態(tài)下成形極限圖的試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、鎂合金作為一種新型的輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料,具有很高的比強(qiáng)度、比剛度、導(dǎo)熱性以及電磁屏蔽性等優(yōu)良特性,其薄板構(gòu)件在航空航天、交通運(yùn)輸、電子通訊等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。然而,由于鎂合金是密排六方結(jié)構(gòu)(HCP)金屬,鎂合金板材在室溫下的沖壓性能差、成品率低,極大地限制了鎂合金的應(yīng)用。
　　 成形極限圖(Forming Limit Diagram,簡稱FLD)是判斷和評定板材成形性最為簡便和直觀的方法,且可用于預(yù)測和判斷沖壓工藝的成敗,協(xié)

2、助確定沖壓工藝參數(shù),是一種解決板材沖壓問題的有效工具。近年來,成形極限圖也被國內(nèi)外學(xué)者廣泛地用來評價(jià)鎂合金板材的綜合成形性能。但目前對鎂合金成形極限圖的研究主要通過試驗(yàn)進(jìn)行,且對鎂合金成形極限圖的應(yīng)用研究很少。因此本文通過試驗(yàn)結(jié)合有限元數(shù)值模擬的方法研究鎂合金板材在熱態(tài)下的成形極限圖及其應(yīng)用,對促進(jìn)鎂合金的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。
　　 本文采用北航研制的板材熱成形通用試驗(yàn)機(jī)BCS50-AR以及網(wǎng)格應(yīng)變自動測量系統(tǒng)GMASyst

3、em,在150～250℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了AZ31鎂合金的成形極限圖試驗(yàn),研究了成形溫度、應(yīng)力狀態(tài)及凸模速度對鎂合金成形性的影響;基于有限元軟件Dynaform,模擬了AZ31鎂合金板材在150～250℃溫度范圍內(nèi)的成形極限圖試驗(yàn),研究了不同判斷準(zhǔn)則對確定仿真試驗(yàn)過程中極限應(yīng)變的影響,并討論了摩擦條件及應(yīng)變速率等因素對成形極限圖的影響;將試驗(yàn)確定的成形極限圖導(dǎo)入Dynaform軟件中,作為AZ31鎂合金成形過程中的破裂判據(jù),模擬了AZ31

4、鎂合金在相應(yīng)溫度下的筒形件拉深過程,并與直接用Dynaform軟件中默認(rèn)的Keeler's公式作為判據(jù)時(shí)的模擬結(jié)果進(jìn)行了比較,研究了成形極限圖在板材成形數(shù)值模擬中的適用性。
　　 通過研究得到如下結(jié)論:
　　 (1)成形溫度對AZ31鎂合金成形極限圖的影響很大,成形極限圖中成形極限曲線的高度隨成形溫度的升高而提高。150℃時(shí),凸模速度對AZ31鎂合金成形性的影響較小,但受應(yīng)力狀態(tài)的影響很大;200～250℃時(shí),凸模速度對

5、AZ31鎂合金成形性的影響增大,而應(yīng)力狀態(tài)對成形性的影響減小。
　　 (2)基于有限元軟件Dynaform能較好地模擬AZ31鎂合金在不同溫度下的成形過程,通過采用綜合判斷方法,即根據(jù)兩條判斷準(zhǔn)則:1、拉壓區(qū),試樣縮頸時(shí)試樣所受的載荷出現(xiàn)峰值;2、雙拉區(qū),試樣縮頸時(shí)應(yīng)力狀態(tài)向平面應(yīng)變路徑突變,能較準(zhǔn)確地確定AZ31鎂合金仿真試驗(yàn)過程中的極限應(yīng)變。摩擦條件對AZ31鎂合金成形極限圖的影響很大,成形極限圖中成形極限曲線的高度隨摩擦系