7075铝合金电辅助圆角摩擦特性分析及有限元仿真.pdf

摘要

电辅助成形技术作为一种新兴的成形工艺，通过给金属通入脉冲电流可以降

低其塑性，减少成形件的回弹，提高成形质量与精度。同时，该技术可以减少加热

时间、提高加热效率，因此备受关注。在电辅助热冲压技术中，板料与模具之间的

摩擦对零件的成形质量和精度起着关键作用，特别是在圆角区域，摩擦系数的观测

变得更加困难。为了更有效地将电辅助成形技术应用于板料成形工艺，深入研究在

不同脉冲电流参数下的圆角摩擦特性显得尤为重要。

因此，本文以7075铝合金为研究对象，首先设计电辅助圆角摩擦试验机，然

后搭建电辅助锥型件拉深平台和电辅助U型件冲压试验平台，为下文实际冲压建

立基础。然后研究了电辅助干摩擦条件下不同电流密度、滑动速度、电流占空比对

于圆角摩擦系数的影响规律，利用VK光学显微镜对试验后的铝合金板材进行形

貌分析。在单因数基础上研究交互作用下混合摩擦模型，运用数学软件进行数据拟

合，分别建立了脉冲电流条件下，不用电流密度、滑动速度、占空比和混合摩擦模

型的圆角变摩擦模型。最后，借助Abaqus有限元平台，将上述变摩擦模型导入仿

真软件，进行模拟仿真。借助电辅助冲压平台分别对锥形件与U型件进行实例验

证，研究成形件厚度分布以及弯曲回弹，证明摩擦模型的有效性。

当电流密度小于一定程度时，圆角摩擦系数随电流密度增加而减小，相反，圆

角摩擦系数随电流密度增加而增加。圆角摩擦系数随着滑动速度的增加而减小。圆

角摩擦系数随着电流占空比的增加而增大。采用响应曲面法，建立的混合圆角摩擦

模型，符合正态分布，并且拟合度较好。借助VK光学显微镜对试验后铝合金板材

进行形貌分析，其磨损机理符合摩擦规律。运用Abaqus仿真软件进行U形件以及

锥型件模拟仿真，结果表明相比于定摩擦系数模型，圆角变摩擦系数模型表现出更

大的最大减薄率，并且最大等效塑性应变也显著集中在凸模圆角处，与实际冲压件

减薄率结果相一致，更符合实际工艺需求，且脉冲电流对于抑制弯曲回弹有良好的

作用。

关键词：铝合金；电辅助成形；圆角摩擦系数；冲压；数值模拟

Abstract

Asanemergingformingtechnology,electric-assistedformingtechnologyreduces

theplasticityofmetalsandminimizesthespringbackofformedpartsbyapplyingpulsed

electriccurrents.Thisleadstoenhancedformingqualityandprecision.Additionally,this

techniquereducesheatingtime,improvesheatingefficiency,andhasgarneredsignificant

attention.Inelectric-assistedthermalstampingtechnology,thefrictionbetweenthesheet

metalandthedieplaysacrucialroleinformingqualityandprecision,especiallyinthe

filletregionswhereobservingfrictioncoefficientsbecomesmorechallenging.Therefore,

itisparticularlyimportanttothoroughlyinvestigatethefilletfrictioncharacteristicsunder

differentpulsedcurrentparameterstoeffectivelyapplyelectric-assistedforming

technologyinsheetmetalformingprocesses.

Consequently,thispaperfocusesonthestudyof7075aluminumalloy.