基于GTN模型的AZ31镁合金盒形件拉深成形性能研究

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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。
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