az80镁合金杯形件旋转挤压成形研究

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1、图书分类号TG376密级非密注1UDC620硕士学位论文AZ80镁合金杯形件旋转挤压成形研究白蕊（作者姓名）指导教师（姓名、职称）张治民教授申请学位级别工学硕士专业名称材料加工工程论文提交日期2015年04月10日论文答辩日期2015年05月23日学位授予日期2015年月日论文评阅人池成忠教授王强教授答辩委员会主席刘建生教授2015年05月25日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类中北大学学位论文AZ80镁合金杯形件旋转挤压成形研究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

2、。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

3、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d压成形杯形件时，挤压件的内外径必须满足0.821。对于AZ80镁合

4、金杯形件，采用D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）、

5、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、凸模中北大学学位论文轴向载荷也越小。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

6、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，数值模拟中北大学学位论文TheStudyofRotatingExtrusionforAZ80MagnesiumAlloyCupAbstractMagnesiumalloyis

7、thelightestmetallicstructuralmaterial,isoneofthebestweaponrylightweightmaterials.Thecupisthemostrepresentativestructureinthedefenseindustry,transportationandotherfields.Therefore,theproductionofformedmagnesiumalloycupwithhighstrengthandhightoughnessis

8、ofgreatsignificance.Atpresent,themagnesiumalloyproductsaremainlyproducedbycastingproductionwhichcausesmanydefectsandpoormechanicalproperties.Theplasticallyformedmagnesiumalloyproductshavegoodmechanicalproperties,buttheimprovementofmagnesiumall