《中厚板剪擠成形金屬流動行為及力學回響研究》是依託上海交通大學，由趙震擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：中厚板剪擠成形金屬流動行為及力學回響研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙震
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在當前對結構輕量化以及節能降耗日益迫切的需求下，板料體積成形技術已成為中厚板成形領域的重要發展趨勢。本項目旨在開展中厚板剪擠過程中金屬流動行為及力學回響研究，通過實驗定量分析以及帶空穴損傷耦合的成形過程有限元模擬，深入研究並揭示中厚板剪擠工藝的金屬流動規律、損傷演變和成形特點，為工藝設計提供知識準備；此外，分析該成形工藝的力學回響，建立工程適用的成形力計算模型，並探討凸模彈性屈曲對其抗衝擊性能及凹模彈性變形對產品尺寸精度的影響規律，使模具設計建立在對成形參數的定量描述和分析基礎上，為模具設計提供理論依據。本項目的研究對提高我國精沖行業競爭力具有重要的意義，為汽車及裝備製造業領域零部件的淨成形化及輕量化的工業套用奠定堅實的理論基礎。
結題摘要
在當前對結構輕量化以及節能降耗日益迫切的需求下，板料體積成形技術已成為中厚板成形領域的重要發展趨勢。“中厚板剪擠成形金屬流動行為及力學回響研究”項目面向中厚板剪擠類成形過程，開展了一系列物理實驗、數值模擬及工藝參數最佳化方面的研究工作，具體包括板料大變形流動應力曲線的反向分析、中厚板剪擠成形過程中的損傷演變分析、金屬流動規律等。此外，創新性地開展了疊合板擠壓成形工藝的金屬流動規律研究、台階式凸模精沖工藝研究等工作。項目總計發表論文10篇，其中SCI/EI不重複收錄7篇，獲得授權國家發明專利1項，受理申請國家發明專利2項。另外，培養畢業碩士研究生4名。具體研究成果簡述如下： 傳統拉伸試驗測定板料的流動應力曲線範圍已無法滿足局部大變形數值模擬分析的要求。壓縮試驗可測得較大等效應變範圍的流動應力曲線，但由於試樣和工具接觸面上存在摩擦導致鼓形的存在，試樣內部的應力和應變並非均勻分布，由此導致採用傳統均勻變形方式計算得到的流動應力曲線精度有限。為此，項目採用小圓柱試樣壓縮試驗，藉助專門的試驗裝置來消除試驗設備的柔度，結合反求最佳化算法可有效求解得到非均勻變形過程中的流動應力曲線。該方法所測得的流動應力曲線在小變形階段與拉伸試驗結果基本吻合，但其整體曲線的應變範圍要遠大於拉伸試驗的結果，可有效提高局部大變形成形過程數值模擬精度。 針對由細觀空穴的形成和聚合所引起裂紋起裂與擴展預測，項目採用以空穴損傷為內變數的體積模量，通過用戶定義材料子程式VUMAT引入GTN模型以及同時考慮空穴形狀與體積變化影響的韌性斷裂準則來加以實現。在此基礎上，以剪擠成形中的半沖孔工藝為載體，將上述模型套用於中厚板半沖孔成形過程數值模擬，結合物理實驗分析金屬的流動規律和損傷演變過程，為工藝設計提供知識準備。 面向大凹模、小凸模的剪擠成形特徵，項目在前述成果的基礎上，深入研究並揭示其金屬流動規律、損傷演變和成形特點。該類中厚板剪擠成形工藝可通過壓邊圈和頂桿施加力的作用以改善局部變形區受力狀態，用於成形含大端面凸台特徵的零件。此外，針對中厚板剪擠成形工藝中常出現的凸模高度不足現象而衍生出來的一種疊合板擠壓成形工藝，它採用和中厚板剪擠工藝相同的模具結構，添加輔料板來提升實際擠出的材料體積，從而促進凸台高度的提升。針對傳統齒圈壓邊精沖工藝的中厚板內孔全光亮帶沖裁，本項目衍生出一種台階式凸模精沖工藝，可滿足性能要求。
