AZ80鎂合金杯形件旋轉擠壓成形研究.pdf

1、鎂合金是最輕的金屬結構材料，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域最具代表性的結構件，成形制造出鎂合金高強韌杯形件意義重大。目前，鎂合金產品主要通過鑄造生產，缺陷多、力學性能差。塑性成形的鎂合金產品具有較好的力學性能，但采用常規(guī)塑性成形方法，鎂合金構件性能提升有限，而采用大應變軋制、等徑角擠壓、高壓扭轉等劇烈塑性變形技術，可大幅度提升鎂合金材料的力學性能，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)

2、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，此種新型成形技術的相關基礎問題國內外還未見報道。
　　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

3、壓件結構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，提出旋轉擠壓成形杯形件時，擠壓件的內外徑必須滿足d-D≥0.821。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變場、速度場在成形過程中的變化規(guī)律、旋轉速度與凸模擠壓速度對擠入凸模溝槽內的金屬形成折疊缺陷的影響。結果表明：旋轉反擠壓與傳統(tǒng)反擠壓相比，凸模軸向的載荷大幅降低

4、；旋轉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)反擠壓大幅擴展；旋轉反擠壓能獲得螺旋狀的纖維組織，降低杯形構件軸向與周向的性能差異；凸模擠壓速度過低、旋轉速度越快時，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)（擠壓速度與旋轉速度、摩擦系數(shù)）、凸模端面錐度、凸模端面開設溝槽數(shù)目、溝槽結構尺寸對AZ80鎂合金杯形件旋轉擠壓成形過程的影響。結果表明：隨著旋轉速度的增大，成形工件平均等效應變值越大，坯料塑

5、性區(qū)明顯擴大。擠壓速度越低、繞軸旋轉速度越高時，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變影響不大。當摩擦系數(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。端面開設溝槽凸模的等效應變明顯大于無溝槽凸模。凸模溝槽數(shù)目越多，最大等效應變值越大、等效應變平均值也越大、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變