基于GTN模型的AZ31镁合金盒形件拉深成形性能研究

发布时间：2020-03-26 18:45

【摘要】：在目前的工程应用中,镁合金是最轻的金属结构材料。镁合金具有比重轻、比强度高、并具有优良的导热性能及电磁屏蔽性能等特点,这使得镁合金在汽车领域、航空航天领域及电子信息等领域中得到了越来越多的研究及应用。但由于镁合金为密排六方晶体结构,在室温下可激活的滑移系较少而难以塑性成形,加热温度过高又会导致组织粗大,性能较差。因此,对镁合金的塑性成形研究是十分必要的。本文以AZ31镁合金盒形件拉深成形为研究对象,使用Abaqus有限元软件对盒形件拉深成形性能进行了系统研究。通过对AZ31镁合金进行单向拉伸试验,得到了AZ31镁合金的力学性能。利用有限元模拟分析,对AZ31镁合金盒形件拉深过程中的拉深温度、摩擦系数、压边间隙和凸凹模间隙等主要工艺参数进行模拟研究,对比了不同工艺参数下材料的应力场、应变场及厚度的变化规律,认为AZ31镁合金盒形件的最适拉深温度为250℃,采取合理的模具间隙及润滑可以有效提高成形性能。GTN(Gruson-Tvergaard-Needleman)细观损伤模型是一种常用的细观损伤力学模型,通过对材料细观孔洞的生长、聚合,来反映材料宏观上的变化。本文通过对AZ31镁合金单向拉伸试验数值模拟,将计算得到的应力-应变曲线与试验结果相拟合,通过优化调整计算参数,最终得到结果最优的一组GTN参数。将确定的GTN模型嵌入有限元模型中,通过比较不同参数下的孔洞体积分布,分析出各个工艺参数对盒形件拉深的影响。通过对四个拉深过程中的主要工艺参数模拟结果进行分析比较,得出了AZ31镁合金盒形件最合适的成形温度和模具间隙等,而较低的摩擦系数能够使板材更好地成形。通过对AZ31镁合金盒形件拉深中主要工艺参数的分析比较,使用最优工艺参数进行了AZ31镁合金手机壳拉深实验,成功拉深制得了外边质量良好的手机壳样品,验证了有限元分析的可靠性,也为开发镁合金手机壳拉深成形技术提供了有益参考。
【图文】：

金属镁,晶体结构,滑移机制,镁合金

图 1.1 金属镁的晶体结构[3]Fig.1.1 The crystal structure of magnesium.1 镁合金滑移机理滑移是指在变形时，受到切应力影响，使得部分晶体沿着某一晶面和晶向产生位移。晶面和晶向也就是变形时的滑移面和滑移方向。表 1.2 为镁合金在塑性变中的独立滑移机制。表 1.2 镁合金塑性变形过程中的独立滑移机制Tab.1.2 The independent sliding mechanism of magnesium alloy滑移系滑移面滑移方向独立滑移系基面滑移 {0001} 1120 2棱柱面滑移 {1010}{1120}2锥面滑移 {1011} 1120 4

镁合金,轮毂,汽车

的应用研究进展金在汽车领域中的应用车早在 20 世纪 30 年代就开始使用镁合金材料，但因在当时成本较高到 20 世纪 80 年代由于制造工艺的改进，镁合金又得以在汽车领域再次因其所具有的各种优良性质，在汽车领域得到了广泛的应用。由于其密零件中能够有效减轻整车重量，并减少燃油消耗，，同时也减少了汽车强度高、刚性佳，优于钢和铝合金，可以满足汽车需要的强度要求。减振性能使得镁合金在汽车座椅和轮毂上等得到了广泛运用，使汽车显著提高。2017 年 8 月，我国建成了全球首条镁合金汽车轮毂生产线100 万只。镁合金轮毂比铝合金轮毂的质量减少了 1/3，减重效果是车节油率可达到 8%—18%。镁合金轮毂生产线的建成填补了国际上镁合空白，同时也说明，镁合金在汽车领域方面的应用是十分有潜力的，青睐。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22;TG356

【参考文献】