磁脉冲高速体积成形工艺是一种基于电磁力加载的金属加工方法,可对金属块料、棒料或厚板等进行体积成形,其具有成形速度高、能量源环保且易于自动化控制等优点,是一种极具潜力的绿色制造工艺。目前,针对磁脉冲成形工艺的研究和应用主要集中在薄壁零件,如板材和管材上,而将其应用于金属块料体积成形的研究仍然很少。本文对磁脉冲高速体积成形工艺进行了初步探索,从金相组织、应力应变分布、硬度分布和绝热温升等方面对小型纯铜圆柱磁脉冲自由镦粗截面进行分析,并将磁脉冲体积成形工艺应用于小型齿轮的成形,利用晶体塑性有限元方法在晶粒尺度上对纯铜的微小塑性应变过程进行模拟分析,为后续小型齿轮的微型化提供科学的参考。首先,采用不同工艺参数对直径为8mm的小型T2纯铜试样进行磁脉冲自由镦粗,研究磁脉冲高速压缩变形后试样的显微组织、应力应变分布、硬度分布和绝热温升等。结果表明试样截面呈鼓形,塑性变形主要集中在对角线X型区域,应变硬化作用和绝热温升效应明显。建立圆柱磁脉冲高速自由镦粗有限元模型,并将模拟结果与实验结果对照。结果表明所建有限元模型的模拟结果与实验结果的相对误差在5%以内,有限元模拟分析结果比较准确可靠。然后,设计了一套适用于磁脉冲高速体积成形的小型齿轮模具,利用磁脉冲体积成形工艺对圆柱进行模锻成形。结果表明在12k J放电能量下可得到形貌完整的小型齿轮。将磁脉冲高速成形齿轮与准静态成形齿轮作对比,结果表明高速成形齿轮由于惯性充填效应及摩擦力的存在,在成形过程中其上端的充型性能更好。高速成形时的应变率硬化效应导致其晶粒碎化,位错密度增加,从而导致其硬度比准静态成形时更高。最后,针对上述自由镦粗及模锻成形过程,利用晶体塑性有限元方法对纯铜的微成形过程开展仿真。结果显示建立的晶体塑性有限元模拟能够较好地反映多晶铜的微塑性变形。模拟发现通过增大摩擦系数能够改善多晶纯铜在充填轮齿型腔时的变形不均匀性;最大应力随着摩擦系数的增大略有增加。