H62薄板电磁冲孔数值模拟与试验研究

作     者：王威 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓将华

授予年度：2014年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：电磁成形 多场耦合 尺寸效应 微冲孔 材料模型 

摘      要：近年,众多产业对微型零件的需求与日俱增,其中微型孔是最常见的组件,在电子设备和精密仪器等行业应用广泛。电磁微冲压技术只需单个模具,工装简单,模具制造成本低,且无凸凹模配合等问题,成为潜在的加工方法。本文采用数值模拟和试验分析相结合的方法对H62薄板电磁微冲孔进行研究。基于有限元分析软件ANSYS,提出3D多场耦合有限元分析方案,通过编制用户子程序实现了节点磁场力在不同物理场间的传递。通过单向拉伸试验研究了H62薄板的尺寸效应,分析了晶粒尺寸、试样厚度及其比值对流动应力的影响。建立了准静态下H62薄板的本构关系,通过引入应变率修正因子,使其适用于高速成形。基于弹塑性理论对该本构方程进行了二次开发,给出理论推导过程,并通过试验对比验证了该模型的准确性。利用建立的模拟方案和二次开发的材料模型对电磁微冲孔过程进行了有限元分析。结果表明,驱动片受到的磁场力呈梯度分布,磁场力沿周向分布较为一致,沿径向分布不均匀。在驱动片中径偏外侧位置节点磁场力最大,往两侧逐渐减小。坯料周向变形较均匀,径向位置差异明显,中径偏外侧变形最大,最容易实现冲孔。采用不同弹性介质和不同厚度的驱动片对H62薄板进行了电磁微冲孔试验。结果表明,聚氨酯橡胶和硅胶均适合作弹性介质,最佳厚度分别为1 mm和3 mm,驱动片最佳厚度为6mm。合理控制工艺参数,电磁微成形技术可以在20μm的H62坯料上冲出直径500μm的微孔。板料厚度相同时,微孔直径越小,冲孔越困难,需要能量越大;随着板料厚度减小,在相同能量下,可冲出直径越小的孔。成形过程中材料在拉应力和剪切力的复合作用下产生减薄缩颈,直至拉伸断裂,且热处理后坯料的断口截面质量好于原始坯料。