脉冲电流作用下中高碳钢板料精冲过程中应变损伤的主动调控机理研究

As the problem that the ductile fracture usually occurs in the fine-blanking process of medium-hign carbon steel sheet, an active control theory and the realization of strain damage are proposed, which are based on the effect of the pulsed electric current, in order to improve the ability to inhibit the damage in the stages of the micro-void initiation process, which results in the development in the forming quality of low forming limit type sheet in fine-blanking process. The non-spheroidized microstructure constitutive model of medium-high carbon steel with electrothermal coupling effect is built up, to analyze the process of immediate themal expansivity on sheets caused by paused electric current, and the effect to hydrostatic pressure, search the change rule of surface friction property caused electrolastic effect, and the self-healing ability with holes under pulsed electric current. The pulsed electric current work mode and the mocroscopical mechanism effects of feature parameter extraction before and after the hole.The sheet real physical behavior at fine-blanking process under pulsed electric current is observed, then find out the rule pulsed electric current affect dislocation configuration. Work mode of pulsed electric current, current feature parameter and new die set structure and parameter are optimized according to the , principle pulsed electric current work on electro-plasticity, at last the control and quality will be risen at the fine-blanking process of medium-hign carbon steel sheet.

针对中-高碳钢板料在精冲成形中极易出现的韧性断裂问题，本项目提出一种基于脉冲电流作用的应变损伤主动调控理论及实现方法，力求在空洞萌生的不同阶段有效增强对于应变损伤的抑制能力，以提升低成形极限类板料的精冲成形品质。构建考虑电-热耦合效应的中高碳钢非球化组织损伤本构模型，分析脉冲电流引发的板料瞬间热膨胀行为及其对静水压应力的影响机制，探索电致塑性诱发成形表面摩擦特性的变化规律，研究脉冲电流作用下已萌生空洞的愈合能力，阐明脉冲电流作用方式及特征参数对于空洞萌生前后应变损伤发展的宏观作用规律。观测并分析脉冲电流作用下板料精冲成形过程中的真实物理力学行为，探索脉冲电流对位错组态演化的微观作用规律。根据脉冲电流对应变损伤发展的宏微观作用机理，综合优化脉冲电流作用方式、电流特征参数以及新型模具结构及工艺参数，以实现中-高碳钢板料精冲过程中损伤的优化控制及成形品质保障。

针对精冲技术不适合加工高强度钢板的不足，以及剪切带内微裂纹直接影响到精冲端面品质的特点，利用脉冲电流对微裂纹产生局部高温高压应力修复和愈合特性，探索揭示剪切带内微裂纹发展特点，以及脉冲电流愈合微裂纹对提升精冲端面光洁度的影响机理。主要研究内容、重要结果和科学意义如下：.(1)通过对冲裁过程中板料振动实施实时监测，在大幅度调节压边力水平基础上，首次发现在同样获得100%光洁带精冲端面过程中，出现两种不同波形特点的振动信号。通过相应的剪切带微观组织观察，揭示信号产生微观机理，即尽管剪切带内微裂纹已扩展，但是，微裂纹经过适当扩展路径可在剪切刃口之前造就微小凸起结构，以及之后被冲裁刃口碾平，最终实现了100%光洁带的精冲端面的成型。本研究发现唯象角度证实了，即使载荷较低，但是通过裂纹扩展路径优化，仍旧能够抑制精冲端面撕裂带生成这一思路的可行性，对本行业传统观点，即一旦剪切带内微裂纹萌生就必然导致撕裂带提供了重大修正。.(2)针对以往研究中针对冲电流辅助塑性加工中偏向强调高频脉冲电流研究的惯性思路，针对直流、高频和适当低频电流（500Hz）作用下，存在微裂纹萌生-扩展剪切带区域电流密度分布特点，展开有限元仿真研究，不仅揭示了在剪切带厚度方向设置电极比以往研究中针对整块板料大幅面方向设置电极有更高电流密度，电流利用效率更高、加热附带负作用更小的优点，还发现对于剪切带表面和内部微裂纹修复和愈合，电流贯穿效应和集肤效应两大效能的平衡才是更优目标。并根据三种不同形状电极-板料匹配下电流密度分布特点，获得最适合修复愈合微裂纹的电匹配方式。并通过实物实验证实仿真研究的可信性。