镁合金及纯铝板材连续挤压成形性差异的数值模拟研究

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镁和铝均属于轻合金结构材料,结构轻量化技术的需求及环保问题的日益突出加快了它们的应用。现有镁和铝板材的成形方法存在工艺参数严格、需要多道次加工以及成本较高等问题。连续挤压作为一种高效节能的塑性加工技术,已成功应用于铜板材的生产,因此,研究镁和铝板材的连续挤压成形具有重要意义。然而,镁和铝的晶体结构不同,它们的塑性也不同,在连续挤压成形过程中所表现的塑性流动行为会存在一定的差异,从而影响到两种材料连续挤压成形的工艺制定和模具设计,因此,有必要开展镁及铝板材成形的对比性研究。本文采用DEFORM-3D软件,数值模拟了AZ31镁合金及1100纯铝的连续挤压过程,分析了它们扩展成形的特点,探讨了挤压轮转速、产品尺寸、流动通道长度以及工模具预热温度对两种材料成形规律影响的异同点,为镁及铝板连续挤压工艺制定和模具设计提供参考依据。结果表明:(1)连续挤压成形过程中两种材料的温度分布均呈现由扩展腔中心部位向两侧逐渐降低的趋势。AZ31镁合金在扩展腔中心与两侧的速度差较大,而且由于它的导热系数低于1100纯铝的,导致AZ31镁合金在扩展腔内的温度梯度较大,分布不均匀。(2)挤压轮转速的提高使变形速率增大,产品宽度的增大和厚度的减小又带来变形程度的增加,这些导致AZ31镁合金及1100纯铝的流动不均匀性均增大。由于晶体结构的不同,AZ31镁合金的塑性较差,流动不均匀性表现的更加明显。(3)工模具温度预热到400℃时,两种材料在连续挤压扩展腔内的温度分布及扩展腔的温度场更加均匀。(4)流动路径优化后,采用圆弧形阻流环有效地改善了AZ31镁合金及1100纯铝扩展成形的流动不均匀性,并且对AZ31镁合金板的成形性更有利;两种材料沿板材厚度方向的上表面、中层面、下表面的速度值均随着挤压轮转速的提高而增大,而AZ31镁合金三面节点处速度差大于1100纯铝的。(5)连续挤压成形AZ31镁合金的挤压轮转速不宜超过9r/min,1100纯铝的挤压轮转速可提高至11r/min,流动通道长度的改变对1100纯铝板材成形的流动均匀性影响较大,当流动通道长度从50mm继续增大时两种材料的挤压轮扭矩均趋于平稳。
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