鎂合金及先進(jìn)高強(qiáng)鋼電脈沖輔助塑性成形性能研究.pdf

1、近年來為滿足汽車輕量化的要求，使用鎂合金、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼(Advanced High Strength steel,AHSS)等輕型材料來制造汽車零部件越來越受到各大車企的重視。然而，鎂合金為密排六方的晶格結(jié)構(gòu)，室溫塑性變形能力較差；先進(jìn)高強(qiáng)鋼較高的流變應(yīng)力，導(dǎo)致其成形力較大；同時(shí)，鎂合金較低的彈性模量、先進(jìn)高強(qiáng)鋼較高的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致二者彎曲變形時(shí)回彈嚴(yán)重。這些問題嚴(yán)重制約了這兩種輕型材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。迫切需要針對(duì)這些輕型材料開發(fā)新

2、的沖壓工藝。
　　電塑性成形技術(shù)是指材料變形時(shí)在其塑性變形區(qū)施加電流，以降低材料的變形抗力、提高材料塑性的成形技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用在拔絲、軋制等成形工藝上，并取得了良好的效果，同時(shí)電流對(duì)材料內(nèi)部的晶粒細(xì)化、損傷修復(fù)以及表面質(zhì)量的改善具有積極作用。因此，將電塑性成形工藝應(yīng)用于輕型材料的沖壓工藝中，有著很好的應(yīng)用前景。
　　盡管電塑性成形技術(shù)已經(jīng)過多年的研究，然而相關(guān)的理論模型和實(shí)際應(yīng)用的研究尚不夠充分。理論模型方面，有學(xué)

3、者根據(jù)材料的物理機(jī)理提出了一些流動(dòng)應(yīng)力的模型，但該類模型旨在描述電塑性效應(yīng)的物理意義，不便于工程應(yīng)用。另一方面，電塑性沖壓工藝的探索也剛剛起步，相關(guān)理論和技術(shù)都有待研究。針對(duì)以上問題，本文開展了以下工作：
　?。?）通過AZ31B鎂合金和DP980 AHSS的電脈沖單向拉伸實(shí)驗(yàn)和等溫?zé)o電單向拉伸實(shí)驗(yàn)，研究了脈沖電流對(duì)材料流變行為的影響，證實(shí)了電塑性效應(yīng)能降低AZ31B鎂合金的流動(dòng)應(yīng)力、改善其塑性，發(fā)現(xiàn)了DP980 AHSS的“反電

4、塑性”效應(yīng)；基于微觀組織分析，解釋了觀察到的現(xiàn)象，闡明了脈沖電流對(duì)材料微觀組織的影響。通過修改Johnson-Cook流動(dòng)應(yīng)力模型，建立了AZ31B鎂合金考慮脈沖電流影響的電塑性流動(dòng)應(yīng)力模型，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性。
　?。?）通過AZ31B鎂合金和QP980 AHSS的電脈沖應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)和等溫?zé)o電應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)，研究了脈沖電流對(duì)材料應(yīng)力松弛行為的影響，分析了溫度對(duì)QP980高強(qiáng)度鋼板應(yīng)力松弛行為的影響，指出了適合該材料電

5、脈沖松弛的合適溫度；通過金相分析，解釋了脈沖電流對(duì)鎂合金應(yīng)力松弛的作用機(jī)理；基于蠕變力學(xué)基本理論，推導(dǎo)并建立了考慮脈沖影響的AZ31B鎂合金和QP980AHSS的應(yīng)力松弛模型，通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了模型的正確性。
　?。?）采用平面應(yīng)變假設(shè)，基于考慮脈沖影響的AZ31B鎂合金和QP980 AHSS的應(yīng)力松弛模型與Mises屈服準(zhǔn)則，將單軸應(yīng)力狀態(tài)下得到的應(yīng)力松弛模型擴(kuò)展到多軸應(yīng)力狀態(tài)，建立了電脈沖輔助的V形彎曲回彈角的預(yù)測模型，并通過實(shí)驗(yàn)

6、驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。通過微觀組織分析，對(duì)電脈沖抑制回彈的機(jī)理進(jìn)行了探討。
　?。?）基于脈沖電流有利于降低流動(dòng)應(yīng)力、改善材料的塑性等優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)了若干脈沖電流輔助的典型塑性成形工藝，包括：電脈沖輔助的圓筒形件拉深工藝、滾輪包邊工藝和擴(kuò)孔工藝。工藝考慮了成形動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)、脈沖電流的流通路徑和絕緣等設(shè)計(jì)要素，成功地將脈沖電流引入材料的塑性變形區(qū)，明顯地改善了材料塑性變形能力。上述工藝為塑性相對(duì)較差或者難成形材料的塑性成形提供了新的思路，具