AZ80鎂合金杯形件旋轉(zhuǎn)擠壓成形研究.pdf

1、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(guó)防軍工與交通運(yùn)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(qiáng)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)

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(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(guó)內(nèi)外還未見報(bào)道。
　　本文首先根據(jù)功平衡法來確定杯形件反擠壓時(shí)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(shí)位于凸模下端圓柱體鐓粗變形區(qū)的高度計(jì)算公式。使用軸對(duì)稱流函數(shù)，提出旋轉(zhuǎn)擠壓成形過程剛性區(qū)運(yùn)動(dòng)許可速度場(chǎng)，建立了各方向速度分量計(jì)算公式。為杯形件擠

3、壓件結(jié)構(gòu)尺寸的確定以及金屬的流動(dòng)分析提供了理論依據(jù)。
　　基于杯形件反擠壓時(shí)位于凸模下端圓柱體鐓粗變形區(qū)的高度計(jì)算公式，提出旋轉(zhuǎn)擠壓成形杯形件時(shí)，擠壓件的內(nèi)外徑必須滿足d-D≥0.821。對(duì)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(chǎng)、速度場(chǎng)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(duì)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

4、；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(shí)，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(duì)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

5、性區(qū)明顯擴(kuò)大。擠壓速度越低、繞軸旋轉(zhuǎn)速度越高時(shí)，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(duì)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(shí)，工件變形更加均勻。摩擦系數(shù)較大時(shí)，凸模變形較大。當(dāng)摩擦系數(shù)取較小值0.05時(shí)，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