az31镁合金心形件超塑气胀成形数值模拟与实验研究

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1、哈尔滨理T大学-丁学硕十学位论文AZ31镁合金心形件超塑气胀成形数值模拟与实验研究摘要镁合金是常用金属材料中最轻的一种，它的密度小，只有铝合会的2／3，钛合金的1／3；具有高的比强度、比刚度、尺寸稳定性，也具有良好的电磁屏蔽性、导热性，且易于回收；广泛应用于航空航天、汽车、通讯、和电子工业。由于镁合金的六方晶体结构(HCP)，导致镁合金成形能力较低，室温下用常规的塑性成形方法制造一些镁合金空心壳体零件是比较困难的。因此，研究其在一定条件下是否具有超塑性能，采用超塑气胀成形，对扩大其实际应用范围，形成较复杂形状的镁合金零件，将

2、有较大的实际意义。本文用有限元分析软件MSC．MARC对AZ31镁合金心形件恒应变速率超塑气胀成形过程进行了数值模拟。运用组织超塑性理论，借助于粘塑性／刚粘塑性有限元法，设计了20组模拟实验，对AZ31镁合金心形件恒应变速率气胀成形过程、胀形件壁厚分布以及成形温度和应变速率对胀形件壁厚分布的影响进行了研究，并找到二者的最优组合。同时对AZ31镁合会心形件超塑气胀成形模具进行了设计，结合数值模拟得到的最优化的成形温度以及胀形加压规律，进行了AZ31镁合金心形件的超塑气胀成形实验。得到了胀形试样的壁厚分布规律并对其进行了分析，然

3、后与数值模拟结果进行了对比分析，将数值模拟建模、工艺参数处理和实验条件对心形件超塑气胀成形模拟和实验间误差的影响进行了分析。从而为指导超塑胀形实验及生产，预测成形缺陷提供了一条有效途径。最后对所得胀形件沿对称截面和角部截面共16个取样点进形了金相分析，并用直线截距法计算出各点的晶粒尺寸。结果表明：所有取样点晶粒尺寸均有不同程度的长大；晶粒长大的程度与取样点胀形高度、取样点所在曲面曲率以及壁厚减薄量有关。关键词镁合金；心形件；超塑胀形；数值模拟；实验研究哈尔滨理T人学T学硕Ij学位论文NumericalSimulationan

4、dExperimentalStudyonSuperplasticAir-BulgingofAZ31MagnesiumAlloyHeart——shapedPartAbstractMagnesiumalloyiSoneofthelightestofthosealloysusedasthebasisofconstructionalmaterials．Itsspecificweightissmall，andonlytwothirdsofthealuminumalloy，onethirdsofthetitaniumalloy．ItiS

5、excellentinstrength／densityratio，rigidity／densityratioanddimensionalstability．Andmagnesiumalloyischaracterizedbyelectromagneticshielding，transcalentandrecyclable．MagnesiumiSwidelyusedinthefieldsofaerospace，automotive．communicationandelectronicindustry．However，magne

6、siumalloysgenerallyexhibitpoorworkabilitybecauseofhexagonalclosepacked(HCP)structure．Itisdifficulttofabricatehollowshellmagnesiumalloyspartsbyconventionalplasticforming．Therefore，therewillbemorepracticalsignificanceonitspracticalapplicationtotheexpansionofthescopeo

7、famorecomplexshapeofmagnesiumalloyparts，whetherornotithassuperplasticitystudyundercertainconditionsusingsuperplasticbulgingforming．Inthispaper,numericalsimulationofconstantstrainratesuperplasticbulgingofAZ31magnesiumalloyheart·shapedpartwasanalyzedwiththefiniteelem

8、entanalysissoftwareMSC．MARC．WithstructuralsuperplasticitytheoryandViscoplasticity／rigid-viscoplasticityfiniteelementmethod，theair．bulgingprocesso