AZ80镁合金杯形件旋转挤压成形研究

发布时间：2017-10-13 06:28

  本文关键词：AZ80镁合金杯形件旋转挤压成形研究

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【摘要】：镁合金是最轻的金属结构材料，是武器装备轻量化的最佳选材之一。杯形件是国防军工与交通运输等领域最具代表性的结构件，成形制造出镁合金高强韧杯形件意义重大。目前，镁合金产品主要通过铸造生产，缺陷多、力学性能差。塑性成形的镁合金产品具有较好的力学性能，但采用常规塑性成形方法，镁合金构件性能提升有限，而采用大应变轧制、等径角挤压、高压扭转等剧烈塑性变形技术，可大幅度提升镁合金材料的力学性能，但通常只用于高性能材料的制备，成本较高且制备材料的尺寸规格有限。本文提出采用端面带沟槽的挤压凸模用于镁合金杯形件的旋转挤压成形，不仅可获得剧烈塑性变形效果，还可降低杯形件轴向与周向的性能差异。但是，此种新型成形技术的相关基础问题国内外还未见报道。 本文首先根据功平衡法来确定杯形件反挤压时凸模上的单位变形力，并在此基础上，建立了杯形件反挤压时位于凸模下端圆柱体镦粗变形区的高度计算公式。使用轴对称流函数，提出旋转挤压成形过程刚性区运动许可速度场，建立了各方向速度分量计算公式。为杯形件挤压件结构尺寸的确定以及金属的流动分析提供了理论依据。 基于杯形件反挤压时位于凸模下端圆柱体镦粗变形区的高度计算公式，提出旋转挤压成形杯形件时，挤压件的内外径必须满足dD0.821。对于AZ80镁合金杯形件，采用有限元模拟分析了在带沟槽凸模作用下凸模轴向载荷与变形体应变场、速度场在成形过程中的变化规律、旋转速度与凸模挤压速度对挤入凸模沟槽内的金属形成折叠缺陷的影响。结果表明：旋转反挤压与传统反挤压相比，凸模轴向的载荷大幅降低；旋转反挤压成形能获得更大的塑性变形效果，塑性变形区较传统反挤压大幅扩展；旋转反挤压能获得螺旋状的纤维组织，降低杯形构件轴向与周向的性能差异；凸模挤压速度过低、旋转速度越快时，容易出现折叠缺陷。 最后，采用有限元分析方法，探讨成形工艺参数（挤压速度与旋转速度、摩擦系数）、凸模端面锥度、凸模端面开设沟槽数目、沟槽结构尺寸对AZ80镁合金杯形件旋转挤压成形过程的影响。结果表明：随着旋转速度的增大，成形工件平均等效应变值越大，坯料塑性区明显扩大。挤压速度越低、绕轴旋转速度越高时，工件变形程度越剧烈、凸模轴向载荷也越小。摩擦系数的变化对成形工件最大等效应变影响不大。当摩擦系数取中间值0.2和0.15时，工件变形更加均匀。摩擦系数较大时，凸模变形较大。当摩擦系数取较小值0.05时，凸模端面也有小许变形。端面开设沟槽凸模的等效应变明显大于无沟槽凸模。凸模沟槽数目越多，，最大等效应变值越大、等效应变平均值也越大、凸模轴向载荷也越小。采用15o端面锥角凸模所成形工件的等效应变平均值小于1.5o端面锥角凸模。采用1.5o端面锥角凸模变形更为均匀、凸模轴向载荷也较小。坯料经旋转挤压后平均晶粒尺寸均小于传统反挤压成形，而且动态再结晶百分数更高。
【关键词】：AZ80镁合金 杯形件 旋转模具 反挤压 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】：2015
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 课题背景及研究意义11-13
• 1.1.1 课题背景11-12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 剧烈塑形变形发展13-15
• 1.3 旋转挤压15-16
• 1.4 镁合金塑性变形发展趋势16-20
• 1.5 有限元模拟在塑性加工中的发展与应用20-21
• 1.6 主要研究内容21-22
• 第二章 变形区高度计算与速度场分析22-33
• 2.1 杯形件反挤压变形区高径比22-29
• 2.2 速度场计算29-32
• 2.2.1 凸模旋转反挤压的二元流函数29-30
• 2.2.2 凸模旋转反挤压二元流函数速度场30-32
• 2.2.3 力32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 AZ80 镁合金杯形件旋转挤压成形数值模拟33-46
• 3.1 引言33-34
• 3.2 成形构件34-35
• 3.3 实验材料35
• 3.4 成形工艺参数35-37
• 3.4.1 成形坯料尺寸35-36
• 3.4.2 摩擦系数36
• 3.4.3 温度36
• 3.4.4 凸模运动速度36-37
• 3.5 有限元模型建立37-39
• 3.6 旋转挤压模拟过程分析39-45
• 3.6.1 行程-载荷曲线39-40
• 3.6.2 等效应变40-42
• 3.6.3 速度场42-43
• 3.6.4 缺陷分析43-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 工艺参数及凸模结构对 AZ80 镁合金杯形件旋转挤压成形过程的影响46-69
• 4.1 挤压速度与旋转速度的影响46-48
• 4.2 摩擦系数的影响48-54
• 4.3 凸模端面沟槽数目的影响54-58
• 4.3.1 载荷变化规律55-56
• 4.3.2 等效应力分布56-57
• 4.3.3 等效应变分布57-58
• 4.4 沟槽锥角β的影响58-60
• 4.4.1 载荷变化规律58-59
• 4.4.2 等效应变分布59-60
• 4.5 端面大锥角凸模的影响60-67
• 4.5.1 等效应变与等效应力分布60-63
• 4.5.2 成形载荷63-64
• 4.5.3 动态再结晶百分数与晶粒尺寸64-67
• 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：1023340