镁合金复合变角热挤压研究

发布时间：2017-10-01 02:24

  本文关键词：镁合金复合变角热挤压研究

  更多相关文章： 复合变角 模具优化 有限元模拟 镁合金挤压 中央替换模

【摘要】：镁合金是在实际生产中最轻的金属材料,具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳、机加工性能优良、零件尺寸稳定、易回收等优点,是实现工业产品装备轻量化的理想材料之一。用挤压的加工方式生产镁合金,可以提高生产效率,改善镁合金的力学性能。由于挤压模具是封闭的,所以在挤压的过程中,金属内部流动、应变场、温度场、应力场以及载荷情况等都很难进行检测。另外模具结构设计作为挤压过程中很关键的一个因素,长期以来只能靠不断的试模和摸索,靠积累的经验来进行,这耗费了大量的人力和物力。因此,用计算机模拟的方式,来改良和优化模具结构,有助于提高实验和生产的效率。镁合金的挤压角在挤压过程中有很重要的作用,它是镁合金棒料挤压变形的主要区域。目前镁合金的挤压研究主要集中在挤压比上,对这方面的研究较少。本文设计了新的模具挤压变角,运用有限元分析软件DEFORM对AZ31镁合金挤压过程进行模拟,,研究了复合变角对AZ31镁合金表面质量和力学性能的影响,并通过实验验证了优化设计模具的挤压效果如下。1、传统的挤压模具中,模具的挤压角往往与挤压板或者凹模为一体。本模具将挤压角拆分出来,设计为中央替换模,实现了换小模不用换大模的思想,使得挤压实验中可以更加方便的进行不同模具结构的实验。在工业生产中也可以提高生产效率,节约了材料,降低了生产成本。2、新的模具结构可以有效改善死区,降低挤压时的载荷,加快外层金属的流动速度,使金属的组织更加的均匀,提高了金属的性能。3、中央替换模的锥面角度对镁合金挤压过程中的速度和温度都有很大的影响。锥面角度越小,挤压中棒料表面与芯部的材料流动速度差越小,挤压时的温度越低。进而使挤出的棒料有更好的表面质量。4、通过实验证明,当挤压速度等于5mm/s时,采用锥面角度为30。的中央替换模可以得到光滑的镁合金棒材。5、设计了多重阶梯的复合变角,使材料在挤压过程中受到多次挤压,材料的应变逐渐增大,在外层受到比一重阶梯更大的剪切应变,增加材料的阶梯数可以有效的提高材料的等效应变,使镁合金得到更大的变形强化。6、在相同阶梯数复合变角中挤压,选取的复合变角阶梯角度增大,有助于金属的挤压流动性,使多重阶梯能实现更好的挤压效果。
【关键词】：复合变角 模具优化 有限元模拟 镁合金挤压 中央替换模
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要3-4
• Abtract4-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 镁及镁合金概述10-12
• 1.2.1 镁的性质10-11
• 1.2.2 镁合金的应用11-12
• 1.3 典型的变形镁合金塑性加工方法12
• 1.4 镁合金挤压变形技术12-13
• 1.4.1 连续挤压技术12-13
• 1.4.2 SPD技术13
• 1.5 镁合金挤压工艺13-16
• 1.5.1 坯料均匀化处理13-14
• 1.5.2 挤压温度14-15
• 1.5.3 挤压比15
• 1.5.4 挤压速度15
• 1.5.5 模具结构15-16
• 1.6 本论文研究的意义和内容16-18
• 1.6.1 研究的意义及发展方向16
• 1.6.2 本文研究的内容16-18
• 2 刚塑性有限元法及其应用18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 塑性有限元的分类18
• 2.3 金属体积成形有限元数值模拟软件及其发展18-21
• 2.3.1 概述18-19
• 2.3.2 塑性有限元分析商品软件的出现19-20
• 2.3.3 DEFORM介绍20-21
• 2.4 刚塑性流动理论的基本假设和基本方程21-22
• 2.4.1 基本假设21
• 2.4.2 基本力学方程和边界条件21-22
• 2.5 刚塑性有限元的广义变分原理22-24
• 2.6 刚塑性有限元的求解过程24-25
• 2.7 金属流速的判据25-27
• 3 本文挤压模拟的几个关键点27-32
• 3.1 挤压模拟的网格参数设置27-28
• 3.2 挤压模拟的场变量设置28
• 3.3 挤压模拟的步长和步数参数设置28-29
• 3.4 挤压模拟过程中网格重划分设置29-30
• 3.5 DEFORM求解器的选择30-32
• 4 镁合金挤压模具中央替换模设计及模拟结果分析32-37
• 4.1 挤压模型32-33
• 4.2 挤压工艺参数33-34
• 4.3 模拟结果分析34-36
• 4.3.1 挤压过程中的速度场分析34-35
• 4.3.2 挤压过程中的载荷分析35-36
• 4.4 本章小结36-37
• 5 中央替换模的挤压流动分析37-45
• 5.1 中央替换模结构的优化37
• 5.2 不同中央替换模的速度场37-39
• 5.3 中央替换模和挤压速度对挤压流动的影响39-42
• 5.3.1 中央替换模和挤压速度对温度的影响39-40
• 5.3.2 中央替换模和挤压速度对应力场的影响40-42
• 5.4 挤压实验42-44
• 5.5 本章小结44-45
• 6 复合变角中央替换模优化45-55
• 6.1 不同阶梯数的复合变角46-49
• 6.1.1 不同阶梯数的复合变角应变场46-47
• 6.1.2 不同阶梯数的复合变角对载荷的影响47-49
• 6.2 不同锥面角度的复合变角49-52
• 6.2.1 不同锥面角度的复合变角应变场49-50
• 6.2.2 不同的锥面角度的复合变角对载荷的影响50-52
• 6.3 验证实验52-53
• 6.3.1 金相分析52-53
• 6.3.2 拉伸实验53
• 6.4 本章小结53-55
• 7 结论55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60
• 作者简介60

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