AZ31镁合金板材高温成形极限图的理论获取

发布时间：2017-03-30 03:02

  本文关键词：AZ31镁合金板材高温成形极限图的理论获取，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相比于其它结构材料，镁合金具有明显的优势：密度低、比强度和比刚度高、无污染、易回收等。目前在汽车、航空航天以及3C行业都有着广泛的应用。但由于镁合金为密排六方结构(hcp)，在室温下的成形能力有限，导致镁合金的加工多集中于压铸、铸造成形和简单零件的塑性成形，直至近些年高温冲压技术的发展才使得镁合金的塑性加工的应用逐渐增加。 成形极限图(Forming Limit Diagram，简称FLD)作为能够指导材料冲压工艺的重要参数之一，通常可由凸模胀形试验获得其准确数据。但为了获取高温下的成形极限图不但要受到人为因素影响、消耗大量的材料，而且为了保证其成形条件，需要配有独立的加热装置，同时测试周期也较长。因此，人们更偏爱于应用理论方法获取成形极限图。但目前对于具有率相关性材料的成形极限图的预测却一直没有系统、准确的理论方法。基于这个问题，本文采用工业用AZ31镁合金板料，围绕其最佳成形条件，应用M-K凹槽理论方法以及有限元仿真方法预测了其成形极限图。本文主要完成的内容如下： 首先通过对镁合金材料的在不同条件下的单向拉伸试验，找到了最适合镁合金成形的温度和应变速率条件，并测得了相应的基本性能参数，为后续的理论分析及有限元模拟提供基础数据。其中试验所选材料为工业态的AZ31镁合金，其平均晶粒尺寸达到了100μm，具有一定的代表性。 其次，由于理论方法获取成形极限图主要基于材料的屈服准则和塑性本构方程，并结合失稳准则即可判断材料的断裂，，本文在Rossard粘塑性本够方程和Hosford屈服准则下，根据M-K凹槽理论，应用计算机软件Matlab编写了相应的程序代码，计算了不同应力路径下的极限应变，从而得到镁合金高温下的成形极限图，并与试验得到的FLD曲线进行了对比分析。 最后应用有限元软件—Dynaform模拟了Nakazima半球型凸模胀形试验，但由于有限元模拟不能显示出材料的颈缩，不能判断材料的断裂，且内嵌的成形极限图计算公式与真实曲线相差太大。本文从成形过程中的应力、应变状态分析，提出了四种不同的判断失稳的方法，并应用其中的两种方法得计算得到了极限应变。 本文通过理论方法比较成功地预测了高温环境下镁合金板材的成形极限图，可为实际生产工艺规范的制定提供理论指导，也可作为有限元模拟中极限条件的判断依据。更重要的是，本文针对高温率敏感性材料成形极限图所采用的理论预测方法，包括M-K凹槽理论和有限元分析方法，为以后高温冲压的成形极限图研究提供了可借鉴的思路。
【关键词】：镁合金 高温冲压 成形极限图 M-K凹槽理论 有限元
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 镁合金的概述11-12
• 1.2 镁合金的应用12-15
• 1.2.1 镁合金在航天航空工业中的应用12-13
• 1.2.2 镁合金在汽车工业的应用13-14
• 1.2.3 镁合金在 3C 产品中的应用14-15
• 1.3 镁合金的高温下塑性工艺研究进展15-17
• 1.4 成形极限图获取方法17-21
• 1.4.1 实验方法获取成形极限图18-19
• 1.4.2 成形极限图的理论研究19-21
• 1.4.3 数值模拟在板材成形极限中的应用21
• 1.5 镁合金高温成形极限研究存在的问题21-22
• 1.6 选题目的、意义和研究内容22-24
• 第二章 镁合金高温下单向拉伸试验24-40
• 2.1 引言24-25
• 2.2 本构方程25-26
• 2.3 镁合金单向拉伸试验26-34
• 2.3.1 实验材料及其室温力学性能26-28
• 2.3.2 高温试验设备简介28-29
• 2.3.3 镁合金的高温下的拉伸实验29-30
• 2.3.4 高温拉伸结果及数据分析30-34
• 2.4 粘塑性本构方程中参数及厚向异性指数的确定34-40
• 2.4.1 应变速率敏感性指数 m 值的确定34-36
• 2.4.2 应变硬化指数 n 的确定36-38
• 2.4.3 塑性系数 k 值的确定38
• 2.4.4 厚向异性指数的确定38-40
• 第三章 镁合金高温成形极限图的 M-K 理论预测40-53
• 3.1 各向异性屈服准则40-43
• 3.1.1 Hill48 屈服准则40-41
• 3.1.2 Hill79 及 Hosford 屈服准则41-42
• 3.1.3 Barlat - Lian89 屈服准则42
• 3.1.4 其它屈服准则42-43
• 3.2 M-K 理论获取成形极限图43-46
• 3.2.1 M-K 模型的数学分析44-46
• 3.2.2 M-K 模型的简化46
• 3.3 Hosford 屈服准则下的成形极限图46-47
• 3.4 各参数对成形极限图的影响47-51
• 3.4.1 初始不均匀度对成形极限图的影响47-49
• 3.4.2 M 值的选取对成形极限图的影响49-50
• 3.4.3 应变硬化指数 n 值和应变速率敏感性指数 m 值选取对成形极限图的影响50-51
• 3.5 试验验证与讨论51-53
• 第四章 基于有限元方法获取成形极限图53-69
• 4.1 有限元软件及冲压模拟试验前期准备53-57
• 4.1.1 Dynaform 有限元软件简介53-54
• 4.1.2 板料成形虚拟试验模型及网格划分54-56
• 4.1.3 板料成形虚拟试验模型选择和相关成形参数设定及影响56-57
• 4.2 板料失稳判别准则57-61
• 4.2.1 相邻单元应变改变量的方法59
• 4.2.2 最大载荷判断的方法59-60
• 4.2.3 应变路径的方法60-61
• 4.2.4 最大减薄率判断方法61
• 4.3 不同方法的 FLD 曲线61-65
• 4.3.1 最大凸模载荷法的成形极限图62-63
• 4.3.2 应变改变量法的成形极限图63-64
• 4.3.3 平均减薄率法的成形极限图64-65
• 4.4 有限元模拟的影响因素65-69
• 4.4.1 不同模型对虚拟 FLD 试验的影响65-66
• 4.4.2 摩擦系数对虚拟 FLD 试验的影响66-67
• 4.4.3 虚拟速度对虚拟 FLD 试验的影响67-69
• 第五章 成果和结论69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75

【参考文献】

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