本文關(guān)鍵詞：AZ80鎂合金杯形件旋轉(zhuǎn)擠壓成形研究

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【摘要】：鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，是武器裝備輕量化的最佳選材之一。杯形件是國防軍工與交通運輸?shù)阮I(lǐng)域最具代表性的結(jié)構(gòu)件，成形制造出鎂合金高強韌杯形件意義重大。目前，鎂合金產(chǎn)品主要通過鑄造生產(chǎn)，缺陷多、力學(xué)性能差。塑性成形的鎂合金產(chǎn)品具有較好的力學(xué)性能，但采用常規(guī)塑性成形方法，鎂合金構(gòu)件性能提升有限，而采用大應(yīng)變軋制、等徑角擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)等劇烈塑性變形技術(shù)，可大幅度提升鎂合金材料的力學(xué)性能，但通常只用于高性能材料的制備，成本較高且制備材料的尺寸規(guī)格有限。本文提出采用端面帶溝槽的擠壓凸模用于鎂合金杯形件的旋轉(zhuǎn)擠壓成形，不僅可獲得劇烈塑性變形效果，還可降低杯形件軸向與周向的性能差異。但是，此種新型成形技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)問題國內(nèi)外還未見報道。 本文首先根據(jù)功平衡法來確定杯形件反擠壓時凸模上的單位變形力，并在此基礎(chǔ)上，建立了杯形件反擠壓時位于凸模下端圓柱體鐓粗變形區(qū)的高度計算公式。使用軸對稱流函數(shù)，提出旋轉(zhuǎn)擠壓成形過程剛性區(qū)運動許可速度場，建立了各方向速度分量計算公式。為杯形件擠壓件結(jié)構(gòu)尺寸的確定以及金屬的流動分析提供了理論依據(jù)。 基于杯形件反擠壓時位于凸模下端圓柱體鐓粗變形區(qū)的高度計算公式，提出旋轉(zhuǎn)擠壓成形杯形件時，擠壓件的內(nèi)外徑必須滿足dD0.821。對于AZ80鎂合金杯形件，采用有限元模擬分析了在帶溝槽凸模作用下凸模軸向載荷與變形體應(yīng)變場、速度場在成形過程中的變化規(guī)律、旋轉(zhuǎn)速度與凸模擠壓速度對擠入凸模溝槽內(nèi)的金屬形成折疊缺陷的影響。結(jié)果表明：旋轉(zhuǎn)反擠壓與傳統(tǒng)反擠壓相比，凸模軸向的載荷大幅降低；旋轉(zhuǎn)反擠壓成形能獲得更大的塑性變形效果，塑性變形區(qū)較傳統(tǒng)反擠壓大幅擴(kuò)展；旋轉(zhuǎn)反擠壓能獲得螺旋狀的纖維組織，降低杯形構(gòu)件軸向與周向的性能差異；凸模擠壓速度過低、旋轉(zhuǎn)速度越快時，容易出現(xiàn)折疊缺陷。 最后，采用有限元分析方法，探討成形工藝參數(shù)（擠壓速度與旋轉(zhuǎn)速度、摩擦系數(shù)）、凸模端面錐度、凸模端面開設(shè)溝槽數(shù)目、溝槽結(jié)構(gòu)尺寸對AZ80鎂合金杯形件旋轉(zhuǎn)擠壓成形過程的影響。結(jié)果表明：隨著旋轉(zhuǎn)速度的增大，成形工件平均等效應(yīng)變值越大，坯料塑性區(qū)明顯擴(kuò)大。擠壓速度越低、繞軸旋轉(zhuǎn)速度越高時，工件變形程度越劇烈、凸模軸向載荷也越小。摩擦系數(shù)的變化對成形工件最大等效應(yīng)變影響不大。當(dāng)摩擦系數(shù)取中間值0.2和0.15時，工件變形更加均勻。摩擦系數(shù)較大時，凸模變形較大。當(dāng)摩擦系數(shù)取較小值0.05時，凸模端面也有小許變形。端面開設(shè)溝槽凸模的等效應(yīng)變明顯大于無溝槽凸模。凸模溝槽數(shù)目越多，，最大等效應(yīng)變值越大、等效應(yīng)變平均值也越大、凸模軸向載荷也越小。采用15o端面錐角凸模所成形工件的等效應(yīng)變平均值小于1.5o端面錐角凸模。采用1.5o端面錐角凸模變形更為均勻、凸模軸向載荷也較小。坯料經(jīng)旋轉(zhuǎn)擠壓后平均晶粒尺寸均小于傳統(tǒng)反擠壓成形，而且動態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)更高。
【關(guān)鍵詞】：AZ80鎂合金 杯形件 旋轉(zhuǎn)模具 反擠壓 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG379
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 課題背景及研究意義11-13
• 1.1.1 課題背景11-12
• 1.1.2 研究意義12-13
• 1.2 劇烈塑形變形發(fā)展13-15
• 1.3 旋轉(zhuǎn)擠壓15-16
• 1.4 鎂合金塑性變形發(fā)展趨勢16-20
• 1.5 有限元模擬在塑性加工中的發(fā)展與應(yīng)用20-21
• 1.6 主要研究內(nèi)容21-22
• 第二章 變形區(qū)高度計算與速度場分析22-33
• 2.1 杯形件反擠壓變形區(qū)高徑比22-29
• 2.2 速度場計算29-32
• 2.2.1 凸模旋轉(zhuǎn)反擠壓的二元流函數(shù)29-30
• 2.2.2 凸模旋轉(zhuǎn)反擠壓二元流函數(shù)速度場30-32
• 2.2.3 力32
• 2.3 本章小結(jié)32-33
• 第三章 AZ80 鎂合金杯形件旋轉(zhuǎn)擠壓成形數(shù)值模擬33-46
• 3.1 引言33-34
• 3.2 成形構(gòu)件34-35
• 3.3 實驗材料35
• 3.4 成形工藝參數(shù)35-37
• 3.4.1 成形坯料尺寸35-36
• 3.4.2 摩擦系數(shù)36
• 3.4.3 溫度36
• 3.4.4 凸模運動速度36-37
• 3.5 有限元模型建立37-39
• 3.6 旋轉(zhuǎn)擠壓模擬過程分析39-45
• 3.6.1 行程-載荷曲線39-40
• 3.6.2 等效應(yīng)變40-42
• 3.6.3 速度場42-43
• 3.6.4 缺陷分析43-45
• 3.7 本章小結(jié)45-46
• 第四章 工藝參數(shù)及凸模結(jié)構(gòu)對 AZ80 鎂合金杯形件旋轉(zhuǎn)擠壓成形過程的影響46-69
• 4.1 擠壓速度與旋轉(zhuǎn)速度的影響46-48
• 4.2 摩擦系數(shù)的影響48-54
• 4.3 凸模端面溝槽數(shù)目的影響54-58
• 4.3.1 載荷變化規(guī)律55-56
• 4.3.2 等效應(yīng)力分布56-57
• 4.3.3 等效應(yīng)變分布57-58
• 4.4 溝槽錐角β的影響58-60
• 4.4.1 載荷變化規(guī)律58-59
• 4.4.2 等效應(yīng)變分布59-60
• 4.5 端面大錐角凸模的影響60-67
• 4.5.1 等效應(yīng)變與等效應(yīng)力分布60-63
• 4.5.2 成形載荷63-64
• 4.5.3 動態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)與晶粒尺寸64-67
• 4.6 本章小結(jié)67-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果75-76
• 致謝76-77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1023340