az31镁合金管材挤压过程数值模拟及模具优化

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1、上海交通大学硕士学位论文AZ31镁合金管材挤压过程数值模拟及模具优化摘要现代汽车工业开始使用镁合金零部件，将其作为汽车轻量化的途径之一。目前研究较多的是镁合金压铸件在汽车上的应用，而压铸工艺生产的镁合金零部件通常无法满足高性能部件的要求，且材料利用率低，在应用上受到一定的限制。因此考虑采用塑性成型的工艺来获得镁合金零部件，以提高其综合性能。现在能够应用于汽车部件的变形镁合金材料主要有镁合金板材、镁合金挤压型材等。对主要用于车身结构件的镁合金挤压型材来讲，不仅要满足结构件所需的强度要求，更要满足几何尺寸精度要求，而在实际的生产中挤出型材实际尺寸常会与理论尺寸之间存

2、在较大的误差，导致后续加工困难，废品率增加等。为了解决这些问题，需要进行系统的研究。本文采用热力耦合三维刚塑性有限元数值模拟方法，系统研究了尺寸为70mm×40mm×3mm的矩形断面AZ31合金管材和尺寸为Φ40×3的AZ31合金无缝管材的挤压过程。通过模拟挤压过程分析了在不同挤压条件下应力分布、应变分布和温度分布；分析了矩形断面镁合金管材在实际挤压过程中出现较大尺寸误差的原因，并提出了有效的解决办法；研究了镁合金无缝管在挤压条件下的应力分布、应变分布和温度分布，获得了管材的挤压极限图。研究结果表明：1．等温热压缩试验的研究表明：流变应力随变形温度的升高而减小,

3、随应变速率的增加而增大；峰值应力随温度的升高和应变速率的增大向应变增大的方向移动；稳定阶段应力随着应变的提高下降不大，直至达到较大变形量，这时主要是动态再结晶机理在起作用。2．挤压工艺参数对AZ31矩形断面管材出口温度的影响研究表明：当挤压速度一定时，管材出口温度随着初始坯料加热温度的升高而升高，但出口温度升高的速度逐渐减小；当初始坯料加热温度一定时，管材出口温度随着挤压速度的提高而升高，而且出口温度升高的速度也逐渐增大。挤压机载荷随着挤压行程的增大而增大，镁合金材料在挤压过程中经历分流、焊合、成形三个阶段。最大挤压载荷随着初始坯料加热温度的增加而降低。在坯料加

4、热温度为380℃时，最大挤压载荷下降明显。焊合面上的焊合力随着挤压速度的增大而增大。3．模拟挤压过程的速度场分析表明：AZ31矩形断面管材挤压过程中出现尺寸误差过大的原因是模具工作带部分结构尺寸不当，导致出口处材料流速不均匀。先利用工作带优化公式，通过分析计算得到模具工作带的尺寸，然后通过分析模拟挤压过程出口处速度场的情况调整工作带尺寸，最后对优化后的模具进行I上海交通大学硕士学位论文挤压工艺试验。试验结果表明，管材尺寸偏差缺陷基本消除。4．对于AZ31无缝管材，挤压过程中坯料在模具口处的变形最为剧烈，因此坯料在模口处的温度最高，也最容易产生缺陷。随着挤压杆速度

5、的增加，挤压出口处管材表面的温升速度大于管壁内部的温升速度。根据模拟结果建立了尺寸为Φ40×3mmAZ31无缝管的挤压极限图，结合挤压工艺试验，确定在坯料加热温度范围350-400℃内可以获得合格的管材。关键词：镁合金管材，管材挤压，AZ31镁合金，热力耦合三维刚塑性有限元数值模拟，挤压模具，挤压极限图II上海交通大学硕士学位论文STUDYOFEXTRUSIONPROCESSSIMULATIONFORAZ31MAGNESIUMALLOYTUBEANDDIEOPTIMIZATIONABSTRACTMagnesiumalloycomponentsareincreas

6、inglyusedasonewayforlightweightstructuresandfunctionalpartsinautomotiveindustries.Diecastingarecommonlyusedformassproductionofmagnesium-alloypartsnow.Sincetheincreasingenvironmentaldemands,itisdesirabletoprocessmagnesium-alloyproductsbyforgingandextrusiontechnology.AsfortheMagnesiuma

7、lloyprofileswhichareusedtoproduceautomotivecomponents,therequirementsforstrengthandgeometricaltolerancesaretwoimportantfactorsthatinfluencethequalityoftheproducts.Inpracticalproduction,becauseofthewavingandbucklingproblems,thegeometrydimensionprecisionrequirementscannotalwaysbemeted.

8、Bytakingadva