摩擦与润滑对镁合金板材快速气压胀形的影响

论文摘要

快速气压胀形工艺可一次成形各种形状复杂、质轻、强度高且近无加工余量的板类零件,近年来开始逐渐应用于汽车工业。摩擦和润滑在成形过程中起着非常重要的作用,采用合适的润滑剂和润滑部位,对于提高板材成形性能和胀形件质量具有重要意义。基于此目的,本文通过在不同润滑条件下分别采用不同模具进行快速气压胀形试验,研究了摩擦对胀形件壁厚分布、成形能力、微观组织及表面质量的影响规律。采用Marc有限元软件对盒形件不同摩擦系数下的快速气压胀形过程进行了分析,发现摩擦系数越小,盒形件壁厚分布越均匀,盒形件最后成形部位的等效应力及等效应变也越小。减小板料与模具之间的摩擦系数可改善壁厚分布,提高成形性能,避免最后成形部位破裂的发生。通过圆环镦粗试验测得无润滑、氮化硼润滑、石墨润滑、二硫化钼润滑四种条件下的摩擦系数分别为0.56、0.21、0.26、0.5,使用润滑剂后可减小摩擦系数,其中氮化硼效果最明显,石墨次之,二硫化钼最差。润滑条件对锥形件胀形高度及壁厚分布影响不明显,无润滑、氮化硼润滑、石墨润滑、二硫化钼润滑四种条件下所成形出的锥形件高度分别为38.40mm、38.84mm、38.64mm、38.62mm,壁厚不均匀度分别为0.67、0.66、0.68、0.69。润滑条件对盒形件壁厚分布影响很大,无润滑、氮化硼润滑、石墨润滑、二硫化钼润滑四种条件下底部壁厚不均匀度分别为0.35、0.06、0.13、0.26,侧壁壁厚不均匀度依次为0.27、0.44、0.39、0.23。将氮化硼分别喷涂在盒形凹模底部、侧壁及入口圆角时,底部润滑条件下拐角底部成形最充分,成形效果最好;但在入口圆角部位喷涂氮化硼或石墨润滑剂之后,板料会发生大量局部减薄,容易导致破裂的产生。盒形件快速气压胀形过程中,有些部位涂抹润滑剂对成形有利,而有些部位涂抹润滑剂对成形产生不利影响。使用润滑剂后可提高杯形件成形能力。在氮化硼润滑条件下,可在300s成功成形出直径80mm、高30mm的杯形件,而无润滑条件下成形过程中底部圆角附近会发生破裂。使用润滑剂后,能够避免表面微小刮痕及波浪状流痕的产生,从而提高金属表面质量。氮化硼对金属表面的保护性最好;石墨铺展性较氮化硼差,高温下容易氧化,粘附在金属表面不容易清理;二硫化钼耐高温性差,会与金属表面发生化学反应而牢牢结合在一起,不容易清理,铺展性最差。氮化硼润滑条件下,盒形件底部中心部位晶粒尺寸比无润滑条件下要均匀,且晶粒仍保持等轴状态,没有呈现出拉长状态;但底部圆角部位晶粒尺寸不如无润滑条件下均匀。在凹模底部喷涂氮化硼润滑剂,并采用阶梯式加载方式,在300s成功成形出了带凸槽盒形件,且盒形件底部壁厚较为均匀,壁厚不均匀度仅为0.06。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超塑性气压胀形工艺（SPF）
• 1.3 热态金属气压成形工艺（HMGF）
• 1.4 快速塑性成形工艺（QPF）
• 1.4.1 QPF 工艺技术要素
• 1.4.2 QPF 工艺变形机理和断裂机制
• 1.4.3 板材QPF 工艺的研究进展
• 1.5 金属塑性成形过程中的摩擦与润滑
• 1.5.1 金属塑性成形中的摩擦特点
• 1.5.2 金属塑性成形中的常用固体润滑剂
• 1.5.3 圆环镦粗法测定金属塑性成形中的摩擦系数
• 1.5.4 气压胀形中摩擦与润滑的研究进展
• 1.6 课题意义及主要研究内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 镁合金板材
• 2.1.2 润滑剂
• 2.2 试验流程
• 2.2.1 快速气压胀形试验
• 2.2.2 圆环镦粗试验
• 2.2.3 微观组织分析
• 2.2.4 胀形件表面状况分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 不同摩擦系数下快速气压胀形的有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 MSC.Marc 有限元软件介绍
• 3.3 不同润滑条件对快速气压胀形的影响
• 3.3.1 有限元模型的建立及模拟参数的设定
• 3.3.2 摩擦系数对板料成形过程中壁厚变化的影响
• 3.3.3 摩擦系数对板料成形过程中应力应变分布的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 润滑条件对快速气压胀形的影响
• 4.1 引言
• 4.2 圆环镦粗试验及摩擦系数的测定
• 4.3 润滑条件对锥形件快速气压胀形的影响
• 4.3.1 不同润滑条件下锥形件胀形高度
• 4.3.2 不同润滑条件下锥形件壁厚分布
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 润滑条件对盒形件快速气压胀形的影响
• 4.4.1 不同润滑条件下盒形件壁厚分布
• 4.4.2 无润滑与氮化硼润滑条件下拐角部位比较
• 4.4.3 结果分析
• 4.4.4 氮化硼润滑条件下试验结果与模拟结果的对比
• 4.5 润滑部位对盒形件快速气压胀形的影响
• 4.5.1 变摩擦条件下盒形件成形效果
• 4.5.2 结果分析
• 4.6 润滑条件对成形件微观组织的影响
• 4.7 不同润滑剂成形件表面质量分析
• 4.7.1 润滑剂对成形件宏观表面质量的影响
• 4.7.2 润滑剂对成形件微观表面质量的影响
• 4.8 润滑条件对杯形件快速气压胀形成形能力的影响
• 4.9 本章小结
• 第5章 利用润滑剂快速气压成形带凸槽盒形件的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 加载气压及加载方式的选择
• 5.3 润滑剂及润滑部位的选择
• 5.4 侧壁带凸槽盒形件快速气压胀形试验
• 5.5 成形结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢