镁合金板材温热冲压成形理论与实验研究

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1、上海交通大学博士学位论文镁合金板材温热冲压成形理论与实验研究姓名：苌群峰申请学位级别：博士专业：机械制造及自动化指导教师：彭颖红;李大永20080501上海交通大学博士学位论文镁合金板材温热冲压成形理论与实验研究摘要镁合金作为最具发展潜力、最具竞争力的轻金属材料之一，被誉为二十一世纪的“绿色工程材料"，具有非常广阔的应用前景。镁合金板材温热冲压成形工艺不仅可以充分利用镁合金材料优异的机械性能、环保性以及满足产品薄壁化、轻量化的发展趋势，而且能够大幅度提高生产效率和产品合格率，正受到前所未有的关注。镁合金板材温热成形过程

2、涉及工艺因素较多，是一个极其复杂的多参数耦合的非线性过程，采用“试错"的传统工艺设计方法已经无法充分发挥镁合金板材的成形性能，基于数值模拟的定量化工艺设计方法，必将成为镁合金板材温热成形工艺设计的发展方向。尽管国内外对镁合金板材成形工艺和实验研究进行了大量摸索，但对镁合金板材温热成形理论还需要进一步深入探索。镁合金板材温热冲压成形技术的研究已经成为镁合金应用技术中颇具挑战性的课题之一。本文以AZ31镁合金板材作为研究对象，以板材温热成形理论和拉延技术研究作为两条研究主线，从基础层、理论层和应用层三个层面进行系统研究；总

3、体上采用试验和数值模拟相结合的研究方法；采用从基本性能实验到温热成形理论，再从温热成形理论指导工艺原型开发的研究思路。本文首先通过轧制实验、单向拉伸实验和微观组织分析，研究了AZ31镁合金板材的交叉轧制和热处理技术，获得了力学性能良好的镁合金板材的核心制备技术，并且分析了AZ31镁合金板材温热变形力学行为和微观组织特征；在此基础之上，提出了考虑温度效应的镁合金板材温热成形韧性破裂准则，开展了成形极限实验(FLD，FormingLimitDiagrams)，获得了不同温度下的成形极限曲线(FLC，FormingLimit

4、Curves)，通过数值模拟和实验相结合的方法确定了韧性破裂准则中的材料参数；采用基于热力耦合的数值模拟方法对镁合金板材温热拉延成形过程进行了数值计算，以建立的考虑温度效应的镁合金板材韧性破裂准则作为判断破裂的标准，定量地分析了温度场和压边力等工艺因素对镁合金板材温热成形性能的影响机制，并且采用数值模拟的方法设计了镁合金板材变压边力差温拉延工艺方案；最后，通过可加热变压边力液压机和差温拉延模具，实现了镁合金板材拉延过程中压边力和温度的实时控制，形成了镁合金板材变压边力差温拉延工艺原型，实现了AZ31镁合金板材温热成形性

5、能的显著提高。摘要相对于以往的研究成果和研究经验，本文具有以下创新之处：1、提出了考虑温度效应的镁合金板材温热成形韧性破裂准则，解决了镁合金板材温热成形数值模拟中无法准确判断材料损伤破裂的技术难题，基于镁合金温热成形韧性破裂准则，揭示了成形温度和压边力等工艺因素对成形性能的影响机制，实现了对成形过程的定量分析；2、采用电化学蚀刻的方法，制取了清晰的应变网格圆，进行了AZ31镁合金板材在100℃、250℃、300*(2变形温度下的成形极限实验，采用网格应变分析技术，制作了不同变形条件下的成形极限图，建立了镁合金板材温热成

6、形性能的评价方法，突破了目前无法定量评价AZ31镁合金板材温热成形性能的难点；3、通过变压边力液压机和差温拉延模具，对拉深过程中拉深力、拉深速度、拉深温度进行了实时控制，开发了镁合金板材差温拉延和变压边力技术，形成了AZ31镁合金板材差温拉延和变压边力工艺原型，实现了镁合金板材成形性能的显著提高，极限拉深比达到3．5。通过本文的研究，有助于拓宽镁合金板材冲压成形领域，丰富和发展薄板温热冲压成形理论，形成镁合金板材变压边力差温拉延工艺原型，实现工艺设计由“定性一到“定量"的转变，促进镁合金板材温热冲压成形技术的推广和应用

7、。关键词：镁合金板材，温热成形，韧性破裂准则，热力耦合数值模拟，变压边力，差温拉延Ⅱ上海交通大学博士学位论文TheoreticalandExperimentalResearchonWarmStampingofMagnesiumAlloySheetABSTRACTMagnesiumalloy鹤themostdevelopmentpotentialandcompetitivelightmetalisnamedas‘'the21Century’Sgreenengineeringmaterial’’becauseofitslo

8、wdensity,excellentspecificstrengthandrecyclebility．Warmdeepdrawingofmagnesiumalloysheetnotonlymeetsthedemandsontheenvironmentalprotectionandthelightertrendofproducts，