AZ80镁合金管形件锥形凹模稳态旋转正挤压成形研究

发布时间：2017-07-31 08:33

  本文关键词：AZ80镁合金管形件锥形凹模稳态旋转正挤压成形研究

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【摘要】：由于到目前为止,镁合金在开发技术和处理技术上还需要较高的成本,且镁合金在力学性能上也存在塑性较低等缺陷,因此其使用并未得到广泛的普及。本文主要针对在工业生产、航空航天和3C领域等应用较为广泛的镁合金管形件作一个较为基础的研究,从而为后续的实验和生产提供一定的理论参考。对于镁合金管形件的成形,由于镁合金大多通过铸造生产,其自身存在一些铸造产品常见的缺陷,比如缩孔、缩松、气孔等,从而导致其力学性能较差,塑性较低。塑性成形能够有效的改善镁合金的力学性能,但是采用普通塑性成形方法,其改善作用有限,而采用多向锻造、等径角挤压等方法成形时,性能提升较大,但是成形的产品类型有限且成本太高。在本文中,针对镁合金管形件,以高压扭转的大塑性变形为基本的研究思路,提出了锥形凹模稳态旋转正挤压成形的方法。在传统挤压的挤出上,对锥形凹模施加一定的旋转,从而增大变形区域的等效应变,改善材料的力学性能。本文首先在传统挤压受力分析的基础上,采用上限法和主应力法相结合的办法对管形件的锥形凹模稳态旋转正挤压成形的受力情况进行分析,得出在管形件锥形凹模稳态旋转正挤压成形时所需的轴向挤压力。同时,在国外学者研究的基础上,提出在受锥形旋转凹模影响的前提下,坯料内部材料在一定的长度范围内会发生扭转,并且对其发生扭转的长度范围做出一个理论上的推导预测,为后续研究提供一定的参考依据。对于AZ80镁合金管形件锥形凹模稳态旋转正挤压的成形,主要借助有限元模拟软件DEFORM-3DV11.0对AZ80镁合金基本管材成形过程进行数值模拟分析研究。通过对在传统挤压和锥形凹模稳态旋转正挤压的工艺条件下管形件成形的金属流动规律、等效应变分布情况、成形载荷、速度场、成形效果等方面的研究,得出锥形凹模稳态旋转正挤压与传统挤压相比存在的缺陷和优势。与传统挤压相比,采用锥形凹模稳态旋转正挤压时轴向压力有明显的减少,等效应变显著增大,同时通过金属流动图可以发现,在一定范围内坯料会发生一定的扭转。当旋转速度和挤压速度的匹配不合适,如:旋转速度太大而挤压速度过小时,成形的管形件会发生明显的起皱甚至是撕裂的缺陷。最后,通过正交实验法对影响管形件锥形凹模稳态旋转正挤压成形的各个工艺参数包括凹模旋转速度、模具半锥角、温度、摩擦系数、挤压速度等对成形载荷和等效应变的影响进行研究。通过对比,各个参数对等效应变的结果的影响由大到小依次是温度、模具半锥角、挤压速度、凹模旋转速度、摩擦系数;各个参数对等效应变标准差的影响从大到小依次是挤压速度、模具半锥角、温度、凹模旋转速度、摩擦系数。最后对多指标的正交实验结果在分别单个指标分析的基础上进行综合平衡分析,得出对于此管形件的锥形模旋转挤压模拟而言,其最优成形工艺参数为:凹模半锥角取45°,成形温度取400℃,摩擦系数取0.15,挤压速度取0.1 mm/s,凹模旋转速度取0.1 rad/s。
【关键词】：AZ80镁合金 管形件 锥形凹模 稳态旋转 数值模拟
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.1.1 课题背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 塑性成形12-14
• 1.2.1 塑性成形的简介12-13
• 1.2.2 大塑性变形发展13-14
• 1.3 转模挤压技术14-15
• 1.3.1 挤压技术14-15
• 1.3.2 转模挤压技术15
• 1.4 管形件成形的研究现状15-18
• 1.4.1 管形件成形工艺15-17
• 1.4.2 管形件挤压成形的发展现状17-18
• 1.5 金属流动行为的研究方法18-19
• 1.6 有限元模拟在挤压成形过程中的发展应用19-22
• 1.7 主要研究内容22-24
• 第二章 稳定旋转锥形模的管材挤压成形理论分析24-40
• 2.1 引言24-25
• 2.2 速度场25-27
• 2.3 锥形模内的变形功分析27-29
• 2.4 摩擦损耗分析29-30
• 2.4.1 沿着锥形面 Γ3与材料的摩擦损耗29
• 2.4.2 沿着芯轴与材料接触面 Γ5的摩擦损耗29-30
• 2.5 动能分析30
• 2.6 主应力法对容器内材料变形的分析30-35
• 2.6.1 容器内发生扭曲的材料的分析30-33
• 2.6.2 封闭在容器内材料的变形分析33-35
• 2.7 外部做功35-37
• 2.7.1 冲头轴向挤压做功36
• 2.7.2 锥形模旋转对材料的做功36-37
• 2.8 能量守恒37-38
• 2.9 本章小结38-40
• 第三章 AZ80镁合金管形件锥形凹模稳态旋转正挤压成形数值模拟40-55
• 3.1 引言40-41
• 3.2 成形坯料及构件41-42
• 3.3 成形方案42-44
• 3.3.1 成形模具设计42-43
• 3.3.2 成形方案的选择43-44
• 3.4 成形工艺参数44-46
• 3.4.1 温度44
• 3.4.2 摩擦系数44-45
• 3.4.3 凸模挤压速度45
• 3.4.4 凹模旋转速度45
• 3.4.5 锥形凹模半锥角45-46
• 3.5 有限元模型的建立46-47
• 3.6 旋转挤压模拟结果分析47-53
• 3.6.1 行程载荷曲线47-49
• 3.6.2 等效应变49-50
• 3.6.3 速度场50-52
• 3.6.4 缺陷分析52-53
• 3.7 本章小结53-55
• 第四章 工艺参数对管形件锥形凹模稳态旋转正挤压成形的影响55-69
• 4.1 引言55
• 4.2 正交实验方案设计55-57
• 4.3 正交试验结果分析57-62
• 4.4 极差分析62-66
• 4.5 最优参数下的成形结果66-67
• 4.6 本章小结67-69
• 结论69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果75-76
• 致谢76-77

【参考文献】

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本文编号：598280