鎂合金轉模擠壓成形機理與變形協調控制

《鎂合金轉模擠壓成形機理與變形協調控制》是依託哈爾濱理工大學，由李峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鎂合金轉模擠壓成形機理與變形協調控制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李峰
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

本項目旨在研究凹模扭轉作用下的鎂合金擠壓成形方法及機理。採用理論分析與有限元模擬及工藝實驗相結合的方法，探索鎂合金轉模擠壓成形中特徵區之間的變形協調機制、扭矩及扭轉變形量的表征方法等基礎理論問題；研究凹模扭轉和擠壓的雙向同時載入對成形過程中受力狀態及變形模式的精確控制；明晰凹模扭轉對鎂合金擠壓成形中剪下應力、渦流行為、成形載荷和溫升變化的影響及互動作用關係，使工藝理論模型建立在對成形參數的定量分析和最佳化基礎上；揭示鎂合金轉模擠壓成形中微觀組織及性能的演變規律和細晶強化機理，形成鎂合金轉模擠壓成形理論基礎。該方法可在相同載荷情況下成形複雜截面擠壓製品；在相同截面形狀情況下能有效地降低載荷及設備噸位，易於實現以小乾大的目的。對進一步擴大形狀複雜、大型整體、高性能輕量化擠壓材在航空航天及汽車等領域的工程化套用提供技術儲備和科學指導。

結題摘要

傳統鎂合金成型多採用鑄造工藝，但鑄件材質不夠緻密且製品組織性能等存在不足。擠壓成形時金屬處於強烈的三向壓應力狀態，可充分發揮其塑性，易獲得較優異的組織性能，因此，特別適於低塑性鎂合金的加工成形。但成形溫度區間窄、所需能耗大及材料利用率低等一直以來是制約鎂合金擠壓成形技術快速發展的瓶頸，更難於直接製造大尺寸、複雜截面的高性能製品。本項目在扭轉-體積複合成形機理深入剖析基礎上，提出了對凹模施加轉動的成形新技術—轉模擠壓法。與芯模轉擠壓僅適於圓截麵製品相比，對凹模施加轉動可有效地避免異形截麵製品擠出成形時引起垂直模口截面上軸向流線的切斷及附加應力分布複雜等難題。與普通正擠壓相比，在同樣載荷情況下，凹模施加轉動可成形複雜截麵製品；在相同截面形狀時可降低成形載荷，進而易於實現“以小乾大”地進行複雜截面、低塑性材料的加工及成形。 本項目重點開展了轉模擠壓成形過程力學分析，轉模擠壓成形中塑性變形規律及影響因素分析，材料扭轉變形行為及協調變形控制和微觀組織演變等方面的研究工作。 將轉模擠壓成形中坯料變形部位定量劃分成三個特徵區，給出了各特徵區內表面轉速的分布規律。建立了扭矩和扭轉變形長度的理論計算公式。研究結果表明，當凹模轉速在一定範圍內(0~1rad/s)，隨著摩擦因子的增加或凹模轉速的變大，定凹模內材料發生扭轉變形的長度逐漸減小。 引入了滑動參量對凹模旋轉使坯料發生打滑的現象進行表征。研究了扭轉方式對塑性區形成及演變的影響，分析了各特徵區的受力狀態和流動模式對變形協調控制的影響機制。闡明了工藝條件對AZ31鎂合金轉模擠壓中渦流行為、溫升變化、成形載荷及缺陷的影響規律，基於此構建了合理的工藝理論模型。 建立了坯料外表面周向扭轉角的理論模型，研究結果表明：當其它條件不變時，隨著摩擦因子或凹模轉速的增加，坯料外表面周向扭轉角均呈增大趨勢變化；當凹模轉速一定時，隨著沖頭壓下量的增加，徑向扭轉角則呈增大趨勢變化；而在其它不變條件下徑向扭轉角的增幅隨著轉速增加而減小。 揭示了AZ31鎂合金轉模擠壓中微觀組織演變規律，研究結果表明，凹模轉速的增加促使變形區內坯料所受剪下變形量的持續增大，動態再結晶進行的也更加充分，相應條件下動態再結晶體積分數也明顯增多。可知在一定範圍內適當增大凹模轉速可達到平均晶粒尺寸減小且圓整度和分布均勻性都提高的效果。