第4期 王瑞泽等：基于Gurson模型的镁合金板材温热冲压成形研究 ·465· 冲压手机壳试件的几何对称性和所受边界条件的对 孔洞体积率 称性，为了节省计算时间，建模时采用对称式，建立 8.589x10 7.874×10 1/2几何模型.对于该镁合金板材，采用的是壳体 7.158×102 6.442x102 建模方法.选用的单元为S4RT.该单元在厚度方向 5.726×102 5010w102 上具有五个积分点，具有很好的沙漏控制效果和表 4.295x102 3.579x102 面应力计算效果.总节点和单元数分别为6454和 2R63×102 2.147×102 6275.所有的模具均设置为刚体单元，刚体单元也 1.432x102 7.158x10 需要进行网格划分，主要参与接触分析和形状判断. 其他数值模拟参数见表5.其中，镁合金板材在三个 温度下的各向异性参数？值，分别由板材的轧向 (0)、横向(90)和45°方向取样进行拉伸试验 得到 图6300℃下镁合金壳孔洞体积率分布 表5数值模拟参数 Fig.6 Void volume fraction distribution of the magnesium alloy shell Table 5 Parameters of numerical simulation at300℃ 参数 数值 结果与有限元模拟结果相互吻合 摩擦因数 0.1 热传导系数/(Wml·Kl) 96 比热容/(J小kg1K1) 1000 热膨胀系数/（μmK) 23.5 r值(100℃) T0=1.91,r45=2.40,T0=3.66 r值(200℃) 6=1.90,4s=2.11,r0=2.92 实际裂纹 r值(300℃) 0=1.14,r4s=0.99,r0=0.94 模拟预测裂纹 流动应力是研究AZ31镁合金板材成形的基本 信息.使用ABAQUS软件模拟冲压过程须要输入应 力一应变曲线。模拟中使用的不同温度下应力一应变 曲线如图5所示. 图7200℃有限元模拟与实验裂纹区域对比 300 Fig.7 Fracture comparison between simulation and experiment at 200℃ 250 -100℃ 200 200℃ 5结论 150 (1)在AZ31镁合金手机壳冲压成形过程中，圆 100 ,300t, 角处是最容易出现缺陷或断裂的区域.这个过程伴 随着孔洞的生成与聚集，最终连接在一起导致试样 断裂.当温度升高至300℃时，AZ31镁合金板材的 0.10.20.30.40.50.6 温热冲压成形性最好. 应变 (2)通过多组拉伸试验获得的Gurson模型参数 图5AZ31镁合金板材在不同温度下的流动应力 被证明可用于韧性金属损伤.这些参数为使用Gu~ Fig.5 Flow stress of AZ31 alloy sheet at different temperatures som模型研究镁合金板材提供了基础.本研究得到 图6是孔洞体积率(VVF)的有限元模拟结果， 了AZ31镁合金板材Gurson损伤模型参数. 这个结果验证了温热冲压模型设计的可行性.然 (3)本研究中镁合金板材的损伤演化描述为三 而，冲压过程中的孔洞分布是不均匀的，他们集中在 个阶段（孔洞生成、增长和聚集），证实了基于微孔 模型的圆角处，很容易造成材料开裂. 演化机制的失效准则可用于AZ31镁合金板材，同 图7对比了200℃下实验产生裂纹的位置与有 时也验证了经过各向异性扩展的Gurson损伤模型 限元模拟的孔洞体积率分布.通过观察发现，实验 的正确性第 4 期 王瑞泽等: 基于 Gurson 模型的镁合金板材温热冲压成形研究 冲压手机壳试件的几何对称性和所受边界条件的对 称性，为了节省计算时间，建模时采用对称式，建立 1 /2 几何模型． 对于该镁合金板材，采用的是壳体 建模方法． 选用的单元为 S4ＲT． 该单元在厚度方向 上具有五个积分点，具有很好的沙漏控制效果和表 面应力计算效果． 总节点和单元数分别为 6454 和 6275． 所有的模具均设置为刚体单元，刚体单元也 需要进行网格划分，主要参与接触分析和形状判断． 其他数值模拟参数见表 5． 其中，镁合金板材在三个 温度下的各向异性参数 r 值，分别由板材的轧向 ( 0°) 、横 向 ( 90°) 和 45° 方 向 取 样 进 行 拉 伸 试 验 得到． 表 5 数值模拟参数 Table 5 Parameters of numerical simulation 参数 数值 摩擦因数 0. 1 热传导系数/( W·m － 1 ·K － 1 ) 96 比热容/( J·kg － 1 ·K － 1 ) 1000 热膨胀系数/( μm·K － 1 ) 23. 5 r 值 ( 100 ℃ ) r0 = 1. 91，r45 = 2. 40，r90 = 3. 66 r 值 ( 200 ℃ ) r0 = 1. 90，r45 = 2. 11，r90 = 2. 92 r 值 ( 300 ℃ ) r0 = 1. 14，r45 = 0. 99，r90 = 0. 94 流动应力是研究 AZ31 镁合金板材成形的基本 信息． 使用 ABAQUS 软件模拟冲压过程须要输入应 力--应变曲线． 模拟中使用的不同温度下应力--应变 曲线如图 5 所示． 图 5 AZ31 镁合金板材在不同温度下的流动应力 Fig． 5 Flow stress of AZ31 alloy sheet at different temperatures 图 6 是孔洞体积率( VVF) 的有限元模拟结果， 这个结果验证了温热冲压模型设计的可行性． 然 而，冲压过程中的孔洞分布是不均匀的，他们集中在 模型的圆角处，很容易造成材料开裂． 图 7 对比了 200 ℃下实验产生裂纹的位置与有 限元模拟的孔洞体积率分布． 通过观察发现，实验 图 6 300 ℃下镁合金壳孔洞体积率分布 Fig． 6 Void volume fraction distribution of the magnesium alloy shell at 300 ℃ 结果与有限元模拟结果相互吻合． 图 7 200 ℃有限元模拟与实验裂纹区域对比 Fig． 7 Fracture comparison between simulation and experiment at 200 ℃ 5 结论 ( 1) 在 AZ31 镁合金手机壳冲压成形过程中，圆 角处是最容易出现缺陷或断裂的区域． 这个过程伴 随着孔洞的生成与聚集，最终连接在一起导致试样 断裂． 当温度升高至 300 ℃ 时，AZ31 镁合金板材的 温热冲压成形性最好． ( 2) 通过多组拉伸试验获得的 Gurson 模型参数 被证明可用于韧性金属损伤． 这些参数为使用 Gur￾son 模型研究镁合金板材提供了基础． 本研究得到 了 AZ31 镁合金板材 Gurson 损伤模型参数． ( 3) 本研究中镁合金板材的损伤演化描述为三 个阶段( 孔洞生成、增长和聚集) ，证实了基于微孔 演化机制的失效准则可用于 AZ31 镁合金板材，同 时也验证了经过各向异性扩展的 Gurson 损伤模型 的正确性． ·465·