AZ31镁合金连续挤压扩展成形工艺参数优化

发布时间：2017-09-17 07:35

  本文关键词：AZ31镁合金连续挤压扩展成形工艺参数优化

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【摘要】：镁合金是目前最轻的金属结构材料,被誉为21世纪环境与资源可持续发展的绿色材料。但是,镁合金为密排六方晶体结构,致使其室温塑性变形能力差,采用传统加工方法存在工艺流程长、道次变形量小,需要多次加热和成材率低等问题。连续挤压技术以摩擦力为驱动力,具有流程短、节能、环保和高效等优点。因此,借助数值模拟手段研究镁合金的连续挤压扩展变形规律,优化连续挤压成形工艺参数,对镁合金连续挤压工艺参数的制定具有重要指导作用。本文采用DEFORM-3D软件,以400型和500型连续挤压机为原型,数值模拟了AZ31镁合金板材的连续挤压过程,探讨了不同工艺参数对其扩展成形规律的影响,得到如下结论：(1)针对400型连续挤压机成形的两种规格的镁合金板,依据设计的正交试验方案进行数值模拟,分析流速均方差,获得了80mm×8mm镁板成形的最优参数组合为挤压轮转速5 r/min、工模具预热温度400℃、流动通道长度40 mm；120mm×8mm镁板成形的最优参数组合为挤压轮转速5 r/min、工模具预热温度400℃、流动通道长度50 mm。(2)基于两种规格镁板的正交试验结果,通过极差分析和方差分析得到了各因素对流动均匀性影响的主、次顺序,挤压轮转速的影响最为显著,流动通道长度的影响次之,工模具预热温度的影响不明显。(3)正交法分析镁合金连续挤压扩展成形工艺参数多因素影响规律,与单因素的影响规律一致。随着挤压轮转速的提高,流动均匀性变差；随着流动通道长度、工模具预热温度的增加,流动均匀性提高,达到一定值时,流动均匀性降低。(4)选取正交方案中代表性试验,对其模拟结果进行应变场与应力场分析。结果表明,在扩展区厚度方向上,应变值从上表面到下表面逐渐升高；在扩展区纵向上,最大值发生在腔体入口边缘,应力值出现两次峰值,分别集中在工模具的两个分界区域。(5)针对流动均匀性影响显著的参数,以500型连续挤压机为原型,研究了挤压轮转速和流动通道长度对160mm×8mm镁板扩展成形规律的影响。随着挤压轮转速提高,金属流动均匀性变好,挤压轮扭矩减小,坯料和腔体温度升高,应力应变值增大,建议选取挤压轮转速为6r/min;随着流动通道长度增加,金属流动均匀性先升高再降低,坯料和模具温度升高,挤压轮扭矩增大,建议选取流动通道长度为60mm。
【关键词】：连续挤压 镁合金 扩展成形 数值模拟 工艺参数
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 镁及镁合金概述10-11
• 1.1.1 镁及镁合金的特点10-11
• 1.1.2 镁合金的分类11
• 1.2 镁合金的发展与应用11-13
• 1.2.1 镁合金的发展历史11-12
• 1.2.2 镁合金的应用现状12-13
• 1.3 镁合金塑性变形机理及板材成形工艺13-16
• 1.3.1 镁合金塑性变形机理13
• 1.3.2 镁合金板材成形工艺及进展13-16
• 1.4 连续挤压技术16-21
• 1.4.1 连续挤压原理16-17
• 1.4.2 连续挤压的工艺特点17-18
• 1.4.3 连续挤压技术的发展与研究现状18-21
• 1.5 课题的意义及主要研究内容21-23
• 1.5.1 课题的意义21
• 1.5.2 课题研究的主要内容21-23
• 第二章 有限元数值模拟技术23-35
• 2.1 有限元数值模拟技术简介23-24
• 2.1.1 有限元数值模拟技术概述23
• 2.1.2 有限元数值模拟技术的特点23-24
• 2.1.3 有限元法在塑性成形中的应用24
• 2.2 刚塑性有限元理论基础24-26
• 2.2.1 刚塑性有限元理论的基本假设24-25
• 2.2.2 刚塑性有限元理论的基本方程25-26
• 2.2.3 刚塑性有限元方程的求解过程26
• 2.3 DEFORM有限元模拟软件简介26-29
• 2.3.1 DEFORM-3D模拟软件概述26-27
• 2.3.2 DEFORM模拟软件的特点27
• 2.3.3 DEFORM软件的模拟系统27-29
• 2.4 镁合金连续挤压数值模拟过程29-34
• 2.4.1 三维几何模型的建立29-30
• 2.4.2 材料模型的建立30-31
• 2.4.4 有限元模拟前处理初始条件的设定31-34
• 本章小结34-35
• 第三章 基于正交试验的镁合金连续挤压工艺参数优化35-51
• 3.1 正交模拟方案的确定35-37
• 3.1.1 正交试验法简介35
• 3.1.2 正交参数的选定35
• 3.1.3 正交表的设计35-36
• 3.1.4 SDV值的选取36-37
• 3.2 正交试验的结果分析37-42
• 3.2.1 模拟结果37-39
• 3.2.2 极差分析39-41
• 3.2.3 方差分析41-42
• 3.3 各参数正交优化模拟结果验证42-45
• 3.3.1 挤压轮转速对流动均匀性的影响43
• 3.3.2 流动通道长度对流动均匀性的影响43-44
• 3.3.3 工模具预热温度对流动均匀性的影响44-45
• 3.4 应力和应变场分析45-49
• 3.4.1 等效应变场分析45-47
• 3.4.2 等效应力场分析47-49
• 本章小结49-51
• 第四章 不同工艺参数对镁合金连续挤压扩展成形的影响51-67
• 4.1 TLJ500有限元模型的建立51
• 4.2 挤压轮转速对镁合金扩展成形规律的影响51-60
• 4.2.1 温度场分析52-53
• 4.2.2 流动均匀性分析53-55
• 4.2.3 挤压轮扭矩分析55-57
• 4.2.4 腔体温度场分析57-58
• 4.2.5 等效应变场分析58-59
• 4.2.6 等效应力场分析59-60
• 4.3 流动通道长度对镁合金扩展成形的影响规律60-65
• 4.3.1 温度场分析61-62
• 4.3.2 流动均匀性分析62-63
• 4.3.3 挤压轮扭矩分析63-64
• 4.3.4 模具温度分析64-65
• 本章小结65-67
• 结论67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72

【共引文献】

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