DEFORM镁合金管材静液挤压数值仿真研究(2)
3.5 数值仿真的基本过程 23
3.5.1 导入几何模型 23
3.5.2 建立有限元分析模型 24
3.6 数值仿真结果分析 28
3.7 挤压参数的优化 35
3.8 本章小结 41
4 镁合金扩管静液挤压实验 42
4.1 实验步骤 42
4.2 实验结果 44
4.3 本章小结 45
结 论 46
致 谢 48
参考文献 49
1 绪论
1.1 选题背景
随着社会发展，人类对金属资源的开采日益剧增，常用金属资源面临枯竭。镁是地球上储量最丰富的金属资源之一，其含量位居常用金属第四位，在海水中，镁含量达2.1× t，在地壳表层中，镁含量在2％以上[1]。镁及镁合金因独特的优势和丰富的含量备受世界各国的关注，镁合金加工技术由此成为研究热点。
纯镁为密排吹冰方结构，其密度值是所有合金材料和结构金属中最低的。纯镁力学性能差，常在其中添加合金元素形成镁合金，以改善其力学性能。镁合金一般都具有以下特点[2]：镁合金弹性模量比较低，阻尼性能好，受外力作用时，能有效的避免应力集中，适用于制造抗振和承受猛烈冲击的零件；镁合金铸造性能好，现在大多数镁合金都采用铸造加工成形；镁合金比强度和比刚度值很高。基于以上一系列的优点，镁合金材料在电子电器、汽车船舶、航空航天等领域具有广阔的应用前景。
我国镁资源储量丰富，这为我国镁工业的发展提供了强有力的物质保障。近几年，我国镁工业以年均20.4%的增长速度在增长，镁产量连续八年位居世界第一，我国显然已经成为世界镁出口大国、生产大国[3]。然而，由于镁的加工成形问题，导致我国镁工业发展缓慢，我国现在出口产品以原镁和铸件为主，加工成形产品极少。研究先进的镁合金变形加工技术，对我国镁合金产业的发展有着举足轻重的地位。静液挤压技术可以显著提高镁合金的物理力学性能，西方国家该技术已进入成熟阶段，而我国在该技术的研发上还较为落后，投入更多的精力致力于静液挤压技术的研发，有望进一步拓展镁合金在工业上的应用范围，并解决其加工成形的难题。
1.2 变形镁合金技术
1.2.1 变形镁合金及其应用
由于镁合金具有良好的铸造性能，所以目前镁合金制品大部分采用铸造加工。然而，铸造镁合金存在很多缺陷，诸如铸造镁合金晶粒粗大，而且存在成分偏析，其存在加工脆性和腐蚀的问题，因此很难制备出性能优异的材料[2]。镁合金还可以通过锻造、轧制、冲压和挤压等塑性加工成形工艺进行成形，得到变形镁合金。2000年，国际镁协会（IMA）提出了发展镁合金的战略示意图，如图1.1所示，变形镁合金因具有更好的塑性和更高的强度，成为镁合金工业发展的长远目标，是当今世界最具潜力的新型材料之一。
图1.1 镁合金发展战略示意图
变形镁合金凭借其优良的性能，在各个行业有了迅猛的发展。利用其良好的的防电磁屏蔽的能力，在3C领域主要用来制作笔记本电脑外壳和照相机顶盖等；在国防军工领域，可以用来制作导弹发射器和火箭发射器；在汽车工业，变形镁合金的应用显得更为突出，可以用来制作汽车轮毂，汽车齿轮箱、发动机箱体盖、汽车方向盘等汽车零件，西方汽车商现衡量汽车科技含量的一个重要指标就是单量轿车使用镁合金零件的数量；在航空航天领域，镁合金常用在飞机的螺旋桨、齿轮箱、支架结构等方面[4][5]。