電工鋼板材分切過程塑性變形及斷裂機理研究.pdf

1、隨著IT、電工電訊、變電設(shè)備、新能源汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展，順應(yīng)綠色低碳理念，對電工鋼板材在加工工藝?yán)碚摗⒀b備水平、質(zhì)量要求等方面提出更高要求。電工鋼板材的縱向分切和橫向分切是制作鐵芯等電工元件的基礎(chǔ)。深入研究電工鋼板材分切加工過程中彈塑性變形過程、斷裂機理，以及分切過程中的切削力特性等具有重要意義。
　　基于電工鋼板材橫剪分切實驗，采用2D/3D檢測歸納分析斷面形貌及其特征，研究了板材厚度、刀具相對側(cè)隙對斷面形貌特征的影響。結(jié)果表

2、明：刀具相對側(cè)隙越大，則特征區(qū)塌角越大、剪切帶越窄、斷裂帶越寬、斷裂角越大、斷面越粗糙、韌窩特征越明顯，且板材越薄對相對側(cè)向間隙越敏感。在相同相對側(cè)隙下，板材厚度越薄，斷面的孔洞特征越明顯，相對斷裂帶高度及斷裂角越大。通過力學(xué)建模和有限元分析，弄清了分切斷面各特征帶的形成過程及側(cè)向間隙對斷面形貌的影響規(guī)律，刀具相對側(cè)向間隙越大，剪切區(qū)材料拉應(yīng)力成分越大，材料容易發(fā)生微裂紋的萌生，造成其剪切帶變窄，斷裂帶變寬，斷裂帶韌窩加深。
　　

3、電工鋼板材分切加工過程中剪切變形時材料發(fā)生了組織流動、晶粒變形、加工硬化等顯微組織狀態(tài)的變化，決定了材料的塑性變形和斷裂行為。通過實時跟蹤電工鋼板材剪切過程中的組織流動，分析比較了側(cè)向間隙對組織流動的影響；通過金相檢測、EBSD、有限元仿真等手段研究了剪切過程中的晶粒變形，分析比較了側(cè)向間隙對剪切過程中晶粒變形及斷面形成過程的影響；使用剪切區(qū)材料硬度云圖表征了剪切過程中的硬度分布和硬度大小的變化。
　　使用Kistler5073A

4、測力儀測量分析了斜刃橫剪三向分切力特性及其影響。通過力學(xué)模型推導(dǎo)了板材斜刃橫剪剪切力的理論計算公式，分析了板材厚度、相對側(cè)隙和板材寬度等對剪切力的影響，并對比分析了測量結(jié)果與理論計算結(jié)果的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對厚度1.5mm以內(nèi)板材的實測分切力是理論計算值的1.5~4倍，并且板材越薄差異越大，其原因認(rèn)為是斜刃剪切時整個被剪面不同區(qū)域分別處于彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉伸等多種變形狀態(tài)下，而理論計算使用純剪切模型所造成的差異。根據(jù)分切力測量數(shù)據(jù)在分切力

5、計算公式中引入板材厚度修正系數(shù)，大幅提高了厚度1.0mm以內(nèi)的電工鋼、純銅、純鋁板材剪切力計算精度。
　　設(shè)計了一套改進的Arcan夾具，對蝶形試樣分別進行0°、45°、90°拉伸實驗，構(gòu)造了剪切、45°拉伸-剪切復(fù)合、拉伸三種應(yīng)力狀態(tài)，研究了三軸應(yīng)力度對電工鋼的塑性變形和斷裂機制的影響。發(fā)現(xiàn)無取向電工鋼剪切過程中，剪切帶形成時，應(yīng)力三軸度Rσ≤0，切應(yīng)力較大而正應(yīng)力很小，隨著變形損傷的加劇材料最終發(fā)生剪切型斷裂；斷裂帶形成時，0