闭挤式精冲成形件表层显微状态及力学性能研究

1、目录一、论文选题的意义一、论文选题的意义二、国内外研究现状二、国内外研究现状三、论文的研究目标、研究内容、三、论文的研究目标、研究内容、拟解决的关键问题、研究方法、技术路线拟解决的关键问题、研究方法、技术路线四、研究计划进度四、研究计划进度一、论文选题的意义 对于冷塑性变形对金属组织性能影响的研究尚处于探索阶段 精冲是目前板料成形中发展和应用非常迅速的精密成形技术 新型精冲技术-闭挤式精冲技术对于冷塑性变形对金属组织性能影响的研究尚处于探索阶段 目前直接针对某种冷成型工艺对被加工材料的组织性能影响的研究尚不多见，主要集中于各种挤压工艺。而利用研究结果反过来对工艺进行优化设计的研究就更加少见。深

2、入研究冷变形对性能的改变，进而通过控制变形过程获得所需要的性能将是未来这方面研究的方向之一。精冲是目前板料成形中发展和应用非常迅速的精密成形技术 精冲属于无削加工技术，是在普通冲压技术基础上发展起来的一种精密冲裁方法。这种加工方法的成果是冲件的冲切面在其整个料厚上没有裂纹和撕裂。此外，还能够达到最严的尺寸精度和平直度公差。 特点：精冲技术优质高效低耗应用广泛，还可与其它成形工艺（如拉伸弯曲挤压等）结合后附成型附加值较高的三维零件，取代普冲、机加工、锻造及粉末冶金等加工零件，可达到以较低成本改善产品质量、提高生产效率的目的，具有巨大经济技术效益。新型精冲技术-闭挤式精冲技术 本课题主要研究闭挤式

3、精冲成形件表层显微状态及力学性能。闭挤式精冲是在综合精冲和挤压技术基础上提出的，是一种能精冲低塑性、厚板材料的新型精冲技术。本课题通过研究闭挤式精冲成形件表层显微状态及力学性能，从而总结出一系列通过精冲工艺优化材料性能的措施，并对闭式挤精冲工艺的优化提供依据，指导实际生产。二、国内外研究现状国内外研究现状 冷塑性成形对材料组织性能影响的研究冷塑性成形对材料组织性能影响的研究 精冲工艺及其与组织性能相关方面的研究精冲工艺及其与组织性能相关方面的研究 闭式挤精冲工艺相关方面的研究闭式挤精冲工艺相关方面的研究冷塑性成形对材料组织性能影响的研究冷塑性成形对材料组织性能影响的研究金属材料在冷塑性成形时发

4、生的变化主要有以下几个方面: 1)显微组织改变； 2)亚结构细化； 3)产生形变织构； 4)加工硬化； 5)形变引起各向异性； 6)残余应变能和残余应变； 7)其它物理性能的变化。国内对于冷塑性变形对金属组织性能影响的重点主要集中于镁合金、铝合金等新兴材料的成形性能研究。目前在材料加工工艺对性能影响方面的工作主要集中于改变某一加工工艺的工艺参数，如加工速率、加工温度或加工变形程度李淑波、吴昆等人对挤压变形前后的AZ91镁合金进行了微观组织和力学性能研究路林林、杨平等研究了形变热处理对AZ80镁合金组织及性能的影响宁爱林等人通过力学性能检测、扫描电镜和透射电镜观察，研究了几种工艺下大冷变形对20

5、24铝合金组织和性能的影响。杨伏良、甘卫平等针对航空航天电子封装用轻质高硅铝合金材料，研究了挤压温度对其力学性能的影响张志远、程显敏等研究了挤压比对热挤压AZ91镁合金显微组织和拉伸性能的影响精冲工艺及其与组织性能相关方面的研究精冲工艺及其与组织性能相关方面的研究 1923年德国人F.Schiess通过试验研究发明了精冲工艺并获得专利，上世纪50年代开始在国外推广应用。目前，世界范围内投入生产的精冲工艺主要有强力压边精冲、对向凹模精冲工艺、平面精冲工艺等。目前国内外对于精冲与组织性能的研究仅限于3个方面： 1.加工前材料微观状态对可加工性的影响，精冲工艺对材料的基本要求如下：1)塑性好，材料的

6、塑性指标伸长率和断面收缩率高，具有较高的变形能力，精冲时，变形区的材料随刃口流动而不断裂。2)变形抗力低，材料的屈服强度和抗拉强度低，有利于实现精冲工艺的润滑，提高模具寿命和剪切面质量。3)组织结构好，精冲对材料的组织有较高的要求。 2.加工过程中金属流动情况，为了分析精冲变形区的内部情况，邓明、夏庆发等对某精冲链轮精冲的2个关键瞬间，沿轴线剖切，进行了金相和流线的观察。 3.成形件表面硬度，精冲件靠近外轮廓边缘，变形程度急剧增加，在边缘上尤以靠近凸模附近最为剧烈，由于冷作硬化，表现在硬度上也是挤剪表面硬度较大。闭式挤精冲工艺相关方面的研究闭式挤精冲工艺相关方面的研究 目前闭挤式精冲的模具有两

7、种类型，一种为凸台式，另一种为平面式。最近三年，闭挤式精冲技术课题组在邓明、吕琳等人的带领和市委相关项目的大力支持下，从闭挤式精冲成形机里，工艺原理，成形规律及工艺模具设计等方面进行了深入研究，并取得重大进展。张会杰，吕琳等人对闭挤式精冲过程进行了有限元模拟，得出有限元断裂值取0.2时，有限元模拟与物理实验比较接近的结论。邓明，张会杰等人在有限元模拟的基础上设计了该工艺的实验模具，成功冲出了直径为15mm，厚度13mm的AL2024材料的高尺寸精度、低轮廓面粗糙度的圆柱形工件，并对变形区材料的流动规律和产品质量与坯料的关系进行了分析、研究，得出了工件轮廓面光亮带比例大小与外填充率为主、副凹模型

8、腔的闭合高度与坯料厚度的比值有关，且内表面容易比外表面形成光亮带的结论。三、论文的研究目标、研究内容、拟解决的关键问题、研究方法、技术路线 1 课题的研究目标课题的研究目标 2 课题的研究内容课题的研究内容 3 拟解决的关键问题拟解决的关键问题 4研究方法、技术路线、工艺流程及实验方案研究方法、技术路线、工艺流程及实验方案课题的研究目标课题的研究目标 (1)闭挤式精冲成形材料流动的研究 研究静水应力大小与塑性提高，以及导致裂纹出现早迟的关系，即三向压应力大小与塑性提高量的关系，得到光整轮廓面形成的力学基础。 进行成形件显微物理实验，通过变形区附近的材料流线分析，研究变形区材料流动规律和成形面附

9、近变形程度。 (2)闭挤式精冲成形件表面物理力学形态特性研究 进行金相显微物理实验分析，对闭挤式精冲件材料表面和一定表层深度的显微硬度、变形区晶粒变化、表面形貌。残余应力和耐磨性等进行分析研究课题的研究内容课题的研究内容 （1）结合工艺实验进行基于显微状态分析（包括成形流线、表面形貌特征、表面显微硬度分布）的成形机理、材料流动情况；研究结合变形区的金相组织变化、宏观流线及显微硬度分布等对精密成形过程及断面进行分析； （2）进行对比实验，应用显微硬度计、金相显微镜和扫描电镜等实验仪器研究闭挤式精冲件表面物理及形态变化对性能的影响。 （3）利用短波长X射线检测仪实验研究精冲件表面附近的残余应力及分

10、布。 （4）进程上从圆形轮廓入手研究，逐步过渡到变曲率轮廓的闭挤式精冲成形研究。拟解决的关键问题拟解决的关键问题 (1)弄清宏观成形状态微观状态变化性能变化间之间的直接关系； (2)弄清各种材料实验和检测方法，并进行实验研究，对结果进行科学总结。研究方法、技术路线、工艺流程及实验研究方法、技术路线、工艺流程及实验方案方案 (1)进行材料的拉伸、压缩与硬度试验，得到材料的力学性能参数； (2)运用金属学实验方法并利用学校现有设备对几种精冲工艺加工的试件进行检测并进行对比总结，包括：应力状态、材料流动情况、微观组织的变化和断面状态等； (3)改变闭挤式精冲加工条件，比较在不同变形量下加工前后材料的晶粒度，并测量加工试件的硬度和塑性，总结晶粒度与力学性能之间的联系，确定最优加工变形量范围； (4)利用残余应力分析仪研究闭挤式精冲件表面附近的残余应力及分布。四、研究计划进度 2014年09月2014年12月：调研，查阅资