中厚板剪挤成形金属流动行为及力学响应研究

在当前对结构轻量化以及节能降耗日益迫切的需求下，板料体积成形技术已成为中厚板成形领域的重要发展趋势。本项目旨在开展中厚板剪挤过程中金属流动行为及力学响应研究，通过实验定量分析以及带空穴损伤耦合的成形过程有限元模拟，深入研究并揭示中厚板剪挤工艺的金属流动规律、损伤演变和成形特点，为工艺设计提供知识准备；此外，分析该成形工艺的力学响应，建立工程适用的成形力计算模型，并探讨凸模弹性屈曲对其抗冲击性能及凹模弹性变形对产品尺寸精度的影响规律，使模具设计建立在对成形参数的定量描述和分析基础上，为模具设计提供理论依据。本项目的研究对提高我国精冲行业竞争力具有重要的意义，为汽车及装备制造业领域零部件的净成形化及轻量化的工业应用奠定坚实的理论基础。

在当前对结构轻量化以及节能降耗日益迫切的需求下，板料体积成形技术已成为中厚板成形领域的重要发展趋势。“中厚板剪挤成形金属流动行为及力学响应研究”项目面向中厚板剪挤类成形过程，开展了一系列物理实验、数值模拟及工艺参数优化方面的研究工作，具体包括板料大变形流动应力曲线的反向分析、中厚板剪挤成形过程中的损伤演变分析、金属流动规律等。此外，创新性地开展了叠合板挤压成形工艺的金属流动规律研究、台阶式凸模精冲工艺研究等工作。项目共计发表论文10篇，其中SCI/EI不重复收录7篇，获得授权国家发明专利1项，受理申请国家发明专利2项。另外，培养毕业硕士研究生4名。具体研究成果简述如下：.传统拉伸试验测定板料的流动应力曲线范围已无法满足局部大变形数值模拟分析的要求。压缩试验可测得较大等效应变范围的流动应力曲线，但由于试样和工具接触面上存在摩擦导致鼓形的存在，试样内部的应力和应变并非均匀分布，由此导致采用传统均匀变形方式计算得到的流动应力曲线精度有限。为此，项目采用小圆柱试样压缩试验，借助专门的试验装置来消除试验设备的柔度，结合反求优化算法可有效求解得到非均匀变形过程中的流动应力曲线。该方法所测得的流动应力曲线在小变形阶段与拉伸试验结果基本吻合，但其整体曲线的应变范围要远大于拉伸试验的结果，可有效提高局部大变形成形过程数值模拟精度。.针对由细观空穴的形成和聚合所引起裂纹起裂与扩展预测，项目采用以空穴损伤为内变量的体积模量，通过用户定义材料子程序VUMAT引入GTN模型以及同时考虑空穴形状与体积变化影响的韧性断裂准则来加以实现。在此基础上，以剪挤成形中的半冲孔工艺为载体，将上述模型应用于中厚板半冲孔成形过程数值模拟，结合物理实验分析金属的流动规律和损伤演变过程，为工艺设计提供知识准备。.面向大凹模、小凸模的剪挤成形特征，项目在前述成果的基础上，深入研究并揭示其金属流动规律、损伤演变和成形特点。该类中厚板剪挤成形工艺可通过压边圈和顶杆施加力的作用以改善局部变形区受力状态，用于成形含大端面凸台特征的零件。此外，针对中厚板剪挤成形工艺中常出现的凸模高度不足现象而衍生出来的一种叠合板挤压成形工艺，它采用和中厚板剪挤工艺相同的模具结构，添加辅料板来提升实际挤出的材料体积，从而促进凸台高度的提升。针对传统齿圈压边精冲工艺的中厚板内孔全光亮带冲裁，本项目衍生出一种台阶式凸模精冲工艺，可满足性能要求。