镁合金超塑性成型工艺与模具优化设计数值研究

摘要

镁合金因其自身特点在交通运输、3C产品、航空航天等领域得到了广泛应用。但由于其密排六方的晶体结构，镁合金在常温下难以塑性加工而在高温下又易产生表面氧化和晶粒粗大，因此目前镁合金的应用以铸件为主，而铸件易产生缩孔、缩松等缺陷导致力学性能不佳，而变形镁合金不存在以上缺陷。超塑性成型作为塑性变形的一种，可以一次性成型复杂件，实现近净成型，从而后期加工量少，材料利用率高，然而目前国内外对镁合金复杂结构件的超塑性成型研究较少。
　　本文针对两个复杂结构件—13号过渡车钩和密接车钩，通过数值分析计算，得到了AZ80镁合金在塑性成型过程中的变形抗力，设计了成型工艺路线和超塑性成型模具并利用Solidworks三维造型，利用DEFORM-3D对其成型过程进行数值模拟并反馈模具设计和改进成型工艺。超塑性成型的主要工艺参数是温度和加载速率，结合镁合金自身超塑性成型的特点，数值模拟中的温度和加载速率分别设置为350℃、375℃、400℃和1，2，4，6，8和10mm/min。通过第一阶段数值模拟，确定了模具的设计方案和超塑性成型工艺方案，同时获得了成型的优佳工艺参数。在优佳工艺参数下，进行第二阶段数值模拟，得到了模具的应力应变响应，校核了模具的强度和刚度，同时模拟了优佳工艺参数下的镁合金成型部件中的速度场、温度场、等效应力场、塑性流动方向以及载荷与行程的关系并据此对模具进行二次优化设计。通过第三阶段数值模拟校核了第二次优化后的模具的强度与刚度，结果表明，第二次优化后的模具仍然满足强度与刚度准则。最后通过实验成型实验，试制了13号过渡车钩全尺寸样品，验证了模具设计的合理性和数值模拟的准确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 镁及镁合金介绍

1．1．1 镁及镁合金的性质

1．1．2 镁合金的应用

1．1．3 镁合金的种类

1．2 变形镁合金

1．2．1 镁合金塑性变形的特征

1．2．2 镁合金塑性变形机制

1．2．3 变形镁合金的加工方法

1．3 镁合金超塑性成型

1．3．1 超塑性变形机制

1．3．2 镁合金超塑性成型的发展方向

1．3．3 本课题研究的内容与目标

第2章 超塑性成型模具

2．1 塑性成型模具

2．2 模具设计的方法、步骤

2．3 设备及其吨位的选择

第3章 镁合金塑性成型有限元分析

3．1 金属塑性成型有限元分析法则

3．2 刚塑性有限元法

3．2．1 刚塑性增量理论的广义变分原理

3．2．2 Lagrange乘子法

3．2．3 刚塑性有限元法计算中的问题

3．3 DEFORM系统简介

3．3．1 成型分析

3．3．2 热处理

3．3．3 DEFORM软件操作流程

第4章 镁合金车钩组合模具设计及数值模拟

4．1 过渡车钩组合模具设计及数值模拟

4．1．1 成型方案的确定

4．1．2 模具优化设计

4．1．3 第二阶段模拟

4．1．4 结果分析

4．2 密接车钩模具型腔设计及数值模拟

4．2．1 模具方案的确定

4．2．2．结果分析

第5章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及科研成果