2005_河南省自然科学基金项目申请书.doc

申报号项目类别B学科名称有色金属及其合金学科代码 430.4020河南省自然科学基金项目申请书项目名称：镁合金板材冲压性能、工艺及模具技术研究申 请 者： 卢志文 所在单位（签章）： 南阳理工学院 主管部门： 南阳市人民政府 联系电话： 03773121816 电子信箱： L 通讯地址： 南阳市长江路80号 邮政编码： 473004 申请日期： 2004 年 07 月 10 日河南省科学技术厅制1填 报 说 明 1、“申请书”用于申请河南省自然科学基金项目，由申请者负责填写。填写前请先查阅有关河南省自然科学基金项目申请办法及规定。申请书各项内容，要逐条认真填写，表达要明确、严谨，实事求是。外来语要同时用原文和中文表达，第一次出现的缩写词，须注明全称。 2、封面右上角“申报号”按照河南省科学技术厅分配的编号填写；“项目类别”栏由申请者填写, 申请项目属基础研究的此栏为“A”,属应用基础研究的为“B”。“学科名称”及“学科代码”请根据申报项目所属学科，按最新国家标准“学科分类与代码表”，填至三级学科分支。 3、基础研究是指以认识自然现象、探索自然规律为目的，不直接考虑应用目标的研究活动；应用基础研究是指有广泛应用前景，但以获取新原理、新知识、新方法为主要目的的研究；“项目名称”应确切反映研究内容和范围，最多不超过25个汉字（包括标点符号）；“申请者”是指申请项目实际主持人。 4、在读（含在职）研究生和申请单位的兼职科研人员不得作为申请者提出申请，但可作为项目组成员参加研究。 5、申请者和项目组中具有高级专业技术职务的主要成员申请（含参加）的项目数，连同在研的省级以上科学基金项目数, 不得超过两项。同一项目组研究内容相近的项目，只允许报送一个项目。 6、不具有副高以上专业技术职务或硕士以上学位的申请者，须有两名具有正高专业技术职务的同行专家推荐。简表项目概况项目名称镁合金板材冲压性能、工艺及模具技术研究申报学科名称1有色金属及其合金代码1 430.4020名称2代码2起止年限 2004 年 08 月 至 2005 年 12 月项目主要成员姓名性别年龄学位职称（职务）现工作单位卢志文男38硕士副教授南阳理工学院张洪峰男37学士高 工南阳理工学院赵亚忠男34硕士工程师南阳理工学院张力重男41学士高 工南阳理工学院任义磊男36硕士讲 师南阳理工学院畅为航男24学士助教南阳理工学院项目主要研究内容和目标主要研究内容：研究镁合金板材的冲压性能及改善技术，研究制定科学的镁合金板材冲压工艺及冲压模具设计技术。目标：1、形成具有自主知识产权的符合条件冲压技术。2、提供镁合金冲压性能改进技术和模具设计技术。3、申请专利1-2项，完成论文2-3篇。推荐意见（说明项目的意义和取得预期结果的可能性。申请者的业务素质及研究能力、现有工作条件等、项目组成员不得作推荐人）推荐人（签章） 专业技术职务 专长工作单位推荐人（签章） 专业技术职务 专长工作单位一、本研究项目的立项依据和目标1、本项目研究的意义及同类研究工作国内外研究现状与存在的问题，并列出主要参考文献：镁合金具有质轻、比刚度高、比强度高、电磁屏蔽性良好和易回收再利用等一系列优良性能和特点，在国内外受到了广泛的高度重视，被视为21世纪的绿色金属材料。作为比铝更轻的金属材料，镁的现有使用状况远没有发挥其应有的作用，发展应用的潜力巨大。目前，主要世界各主要发达工业国家都在积极开展镁合金应用方面的研究，组织高等院校、科研机构和生产企业进行联合攻关，以扩大镁合金应用范围，尤其在汽车、军工和3C等领域。南阳理工学院在有关省市单位的大力支持下对变形镁合金已进行了较为系统的研究，目前已经取得了一定的成绩。众所周知，板材很少作为结构件直接使用，绝大部分需要冲压成型。因此为了推动镁合金板材开发以及在汽车、3C产品、军工等领域内的应用，就必须对镁合金板材冲压工艺及其相关技术进行研究与开发。金属板材成型问题既具有较高的学术价值，又有较好的应用前景，目前在国际上已成为金属塑性成型以及固体力学领导内最重要的领域之一。关于镁合金板材冲压成型这一课题，国内还没进行系统研究，只有在国外才进行了少量的研究。Sugamata等人测试了AZ31B镁合金的杯突试验，发现在室温下镁合金的具有较低的深冲比和Erichen值，随着温度的升高，这两个参数也相应提高。在110时，最大深冲比为1.67，温度升高到180,最大深冲比可提高到2.2。K.Droder等研究认为在200至250时，AZ13B镁合金的深冲比可达2.52，可以实现镁合金的冲压成型，使镁合金板材冲压件在工业上的应用成为可能。国外对镁合金板材冲压性能的研究，已做了研究工作，但仍存在一些问题。目前镁合金板材冲压成型中主要存在以下问题：(1)镁合金具有密排六方结构，低于225时，塑性变形限于基面0001滑移及锥面1012孪生，即低温变形时只有三个几何滑移系和两个独立滑移系。因此镁合金在室温下成型性能差，冷冲时易开裂。(2)镁合金板材与模具之间存在接触摩擦，导致变形不均匀。(3)板材形成型卸载后的回弹问题和零件切边修整时的残余应力释放问题还未很好地解决，这两个问题统称为应力释放问题，关系到成品能否准确达到设计的形状。以上问题未解决好，冲压过程中往往容易出现开裂、褶皱、坍塌等现象，导致产品报废。这些问题涉及到金属塑性成型与固体力学领域内有诸多分支，如板壳大塑性变形问题、接触问题、屈曲问题等，情况较为复杂。金属板材的冲压技术广泛用于汽车、摩托车、家用电器外壳、各种壳形零件的加工中，目前几乎全部采用钢板和铝合金板冷冲成形。如在车辆的内外壳板、承载地板、复合钎焊板、冷凝器、散热片、挡泥板、空气导流板等部件。采用轻质镁合金，可显著减轻车重，降低能耗，减少环境污染。在电子工业中，采用镁合金板材冲压技术生产的手机、电视、电脑外壳与相应的压铸件产品比较有着壁薄及生产率高等优势。因此镁合金冲压件具有良好的应用前景，开发镁合金板材冲压及其相关技术具有重要的理论意义与社会效益。1 M.M. Avedesian, H. Baker, eds. ASM Speicalty HandbookMagnesium and Magnesium AlloysM, ASM International, 19992 B.L. Mordike, T.Ebert. Magnesium ProperitesapplicationspotentialJ. Materials Science and Engineering, 2001, A302, 37-453 Y.Kojima. Platform Science and Technology for Advanced Magnesium Alloys J4 Makoto Sugamata, Jun-ichi Kaneko and Masahiro Numa. Evaluation of formabiltity of light metal sheets at high temperatures J (in Japanese). Journal of the JSTP, 2000, 41: 233-238.5 Cahn RW, 丁道元等译. 非铁合金的结构与性能M. 北京: 科学出版社,1999: 109-115.6 H.Somekawa, M.kohzu, S.Tanabe and K. Higashi. The press formability in magnesium alloy AZ31J. Materials science form, 2000, 350-351: 177-182.7 Wang, N.M. and Tang, S.C. Analysis of bending effects in sheet forming operations. International journal for numerial methods in engineering, 1998, 25: 253-267.8 沈建,张心明,深冲用铝板的织构和各向异性,轻合金加工技术, 1994, Vol, 22, No.79 Shyong Lee, Yung-Huang Chen, Jian-yin Wang, Isothemal sheet formability alloy AZ31, Journal of Material processing Thechnology 124 (2002), 19-2410 姜正连,王国栋,张强等,生产工艺对08Al钢冷轧薄板冲压性能影响的研究,材料科学与工艺,Vol,4,No,2,199611 冲模设计手册编写组,冲模设计手册,机械工业出版社,2001.1012 H.Takuda, T.Yoshii, Finiteelement alanysis of formability of Magnesiumbased alloy AZ31 shwwt, Tournal of Meterial prossing Technology 89-90 (1999)13 E.Doege, K.Droder, Sheet metal forming of Magnesium wrought alloys formability and process technology, Journal of material Processing Technology 115 (2001), 14-192、本项目研究目标、内容和拟采取的研究方法：主要研究内容：以AZ31镁合金板材为基础，研究板材的冲压成形性能、冲压工艺及其相关的模具设计技术，研究出具有自主知识产权的镁合金板材冲压工艺及其相关技术，试制出了3C产品。具体的研究内容有：1. AZ31镁合金板材的中温组织力学性能研究；由于镁合金在室温状态下的成形性能较差，且易冷裂，通常不采取温冲工艺。通过研究板材在中温下的组织变化规律，优化板材中温力学性能。2. AZ31镁合金板材的冲压成形性能研究；研究测定板材的冲压指标、成形极限（fld）、屈强比以及改进技术；板材冲压性能技术。3. AZ31镁合金板材各向异性和织构对冲压过程的影响及织构平衡技术的研究4. AZ31镁合金板材冲压工艺研究；研究冲压工艺参数：冲压温度及冲压速率对冲压性能影响；优化冲压工艺。5. AZ31镁合金板材冲压模具技术研究；板材成型后在卸载过程中的应力释放研究；冲压件切边修整过程中的残余应力释放研究；板材与模具的接触摩擦研究；板材冲压成形过程中的数值模拟；模具形状设计技术研究。 6. 生产出质量合格的典型3C产品零件。创新点及关键技术：1. AZ31B镁合金板材的冲压性能改善技改性技术2. AZ31B镁合金板材冲压成形时的温冲核心技术3. 用于AZ31B镁合金板材温冲模具设计技术预期研究目标：研究出具有自主知识产权的先进的镁合金板材冲压的成套技术。通过研究镁合金板材的中温力学性能及其相应条件下的冲压性能指标，优化镁合金板材的冲压工艺，研究适用于镁合金板材冲压的模具技术，试制出两种以上3C产品，镁合金板材的冲压能够实现工业化生产，满足市场需要。3、研究工作的预期结果或目标及提供形式。如系理论成果，应写明在理论上解决哪些问题及科学意义；如系应用性成果或基础性资料，应写明其应用前景：成果提供形式：1、形成具有自主知识产权的镁合金冲压技术。2、申请镁合金冲压工艺技术和模具技术方面的发明专利不少于1项。3、发表论文2-3篇。二、研究方法和技术路线1、拟采取的理论分析、计算、实验方法和步骤及其可行性：研究方法鉴于镁合金板材冲压成形时与铝合金及其其它材料的冲压过程有许多共同的冶金学问题，充分借鉴铝合金板材冲压成形研究、开发、生产的经验，结合镁合金固有的特点，采用以理论计算和模拟为基础；基础实验为先导；工艺实验为主体；与各种先进分析手段相结合的研究方法。技术路线：1、AZ31B镁合金板材的中温力学性能研究；板材中温塑性变形行为及其变形工艺参数确定，采用板材的中温拉伸及压缩实验确定变形温度和变形速率对变形抗力和塑性的影响，优化出最佳变形的温度和速率参数。2、AZ31B镁合金板材的冲压成形性能研究；在最佳变形温度和速度范围基础上，通过中温拉伸实验和模拟实验等方法，研究板材的各种深冲指标及其成形极限。3、利用X-射线衍射实验，研究AZ31镁合金板材各向异性和织构对冲压过程的影响。4、AZ31B镁合金板材冲压工艺研究通过模拟实验，研究冲压温度、冲压速率对冲压性能的影响，并优化出AZ31B镁合金板材的最佳的冲压工艺。5、根据润滑理论和摩擦理论研究冲压过程，工件与模具的润滑和摩擦问题。6、AZ31B镁合金板材的冲压模具技术研究；可行性分析本研究的研究方法、技术路线和实验方案是根据材料加工的基本理论与最新的材料测试和分析技术制定的，理论上可行；重庆大学和重庆地区拥有完成所有实验的必须设备和条件，重庆市铝制品厂有铝合金冲压的成熟技术和经验，研究硬件上是可行的；研究小组成员在有色金属材料及其加工理论和实践等方面有较高的水平和实践经验。近两年已经研究出AZ31B镁合金板材的轧制技术，板材性能符合ASTM标准，成功生产出符合ASTM标准的镁合金板材。为本项目研究提供了较好的基础，因此研究在软件上也是可行的。2、研究工作的整体安排：1、2004.62004.8 查询镁合金板材冲压工艺资料，进行项目调研2、2004.92004.12 测试及分析镁合金板材冲压性能，优化板材冲压性能指标3、2004.122005.5 镁合金板材冲压工艺数值模拟4、2005.32005.7 冲压模具设计5、2005.82005.12 镁合金板材3C产品样品试制及技术改进三、实现本项目预期目标已具备的条件1、与本项目有关的工作基础及实现本项研究已有的主要仪器设备；尚缺的仪器设备及解决途径。南阳理工学院是豫西南唯一的一所多科性本科大学，具有新材料研究和开发的先进实验条件和检测手段，在材料的基础研究、高附加值的工艺技术开发等方面已积累了丰富的经验，同时也集结和培养了一批业务素质较高的研究队伍。先后开展了高性能铝合金板材、汽车铸造铝合金、军工用铝合金铸件、汽车用镁合金材料、镁合金的锻造性能、轻合金特种成型加工技术等多项目相关的科研工作，并取得了一定的成果。为镁合金的冲压研究提供了试验基础。在硬件方面有金相实验室、检测实验室、材料分析实验室、快速成型实验室、特种加工实验室、先进制造中心等。拥有完整的现代检测、分析、制造设备，具备镁合金板材冲压实验研究的先进硬件设施。目前已收集了大量关于镁合金以及其它金属板材冲压成型的相关资料，为项目开展提供了前期准备。 2、申请者和项目组主要成员的主要学历和研究工作简历，近期发表的与本项目有关的主要论著和科研成果名称及或奖情况申请者简历:卢志文，汉族，1966年出生，硕士，副教授，在读博士研究生，南阳理工学院教师。自1992年以来，在材料及成形技术领域进行教学、研究和技术开发，主要的研究方向材料成形理论及其加工工艺。曾作为项目负责人和主研人员参与一项国家自然科学基金项目，一项国家“863”项目（镁合金成形技术2001AA351050，高性能镁合金研制及其应用研究），获省教育厅科技进步二等奖2项，市科技进步二等奖一项，发表论文近20篇。1. 卢志文,姚智凡, 钢铁研究,1995,032. 卢志文,吴希让, 金属热处理,1998.023. 卢志文,张才安,重庆大学学报,1999.054. 卢志文,汪凌云,范永革,黄光胜 2000,12, 全国材料年会论文集5. 卢志文,汪凌云 材料板报 2004.86. 汪凌云, 卢志文, 重庆大学学报, 2001, 24(3)7. 范永革,汪凌云,卢志文, 金属成形工艺 ,2002.38. Huang Guang-jie,Wang Ling-Yun, Lu Zhiwen ,Trans of ferrous Met, Soc. Of China 1998, 8(3)403-4069. 杨慧智,李方才,卢志文 1999.02 机械工业出版社四、申请者正在承担的其他研究项目攀登计划、863、攻关任务和各部委、省市任务等项目的名称及编号、任务来源、起止年月、负责或参加以及与本申请项目的关系情况：河南省科技厅下达新型汽车用镁合金材料（0424250055）科技攻关项目，项目负责人为卢志文。该项目自2003年3月起