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1、沈阳理工大学 硕士学位论文 AZ31镁合金型材张力绕弯工艺研究 姓名：王祺 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：刘劲松;张士宏 20100301 沈阳理工大学硕士学位论文 摘 要 在航空、航天、交通运输、军事器械等领域，型材做为重要的结构材料得到了越来 越广泛的应用，同时对材料提出了轻量化、可回收、抗电磁干扰等新的要求。AZ31 镁 合金有着许多独特的优点，但是室温下塑性差，限制了 AZ31 镁合金的应用，使得它的 潜力远远没有完全发挥。目前镁合金塑性成形技术仍处于实验研发阶段，而镁合金型材 张力绕弯工艺的研究是变形镁合金研究的一个重要方向。 本文设计了液压式张力绕弯实 验机，进
2、行了 AZ31 镁合金型材张力绕弯实验与有限元模拟。 本文提出了一种型材绕弯过程中利用张力补偿回弹的工艺方法， 设计了液压式张力 绕弯实验设备与在线信息采集系统。 建立了 AZ31 镁合金型材张力绕弯有限元数学模型。 通过型材张力绕弯有限元模拟，确定了镁合金型材张力绕弯成形的合理工艺参数，分析 了工艺参数对型材张力绕弯成形质量的影响。 完成了 AZ31 镁合金型材张力绕弯工艺实验。通过张力绕弯实验研究分析了型材变 形区横截面的尺寸变化及金属流动规律，分析了弯曲角度、温度、预拉伸量与回弹角度 之间的关系。实验表明温度对回弹影响程度有限，随着温度的升高回弹角度降低，弯曲 角度和预拉伸量对回弹角度影
3、响显著。 通过均匀实验设计，采用逐步回归法，得到了能够表明弯曲角度、温度、预拉伸量 三者与回弹角度关系的回归方程，通过实验验证了回归方程的可行性，并提出了进一步 完善回归方程的研究方法。 关键词：AZ31 镁合金，型材，张力绕弯，数值模拟，回弹 沈阳理工大学硕士学位论文 Abstract In aviation, aerospace, transportation, military equipment and other fields, profiles as an important structural material have been more and more widely us
4、ed, while the material made lightweight, recyclable, anti-electromagnetic interference and other requirements. AZ31 magnesium alloy has many unique advantages, but its poor room-temperature plasticity limits the application of AZ31 magnesium alloy and makes its potential not fully applied. Plastic f
5、orming technology of magnesium alloys is currently still in the experimental research and development stage, while the magnesium alloy tension rotation bending processing of wrought magnesium alloys is an important direction. In this paper, by using self-made hydraulic profiles tension rotation bend
6、ing machine, combined with tension rotation bending finite element simulation of AZ31 magnesium alloy profiles, experimental research of tension rotation bending forming processing on the AZ31 magnesium alloy profiles is studied. This paper puts forward a processing method of profiles rotation bendi
7、ng, which could compensate springback for the use of tension rotation bending processing. And the hydraulic tension rotation bending equipment and online information collection systems were designed. AZ31 magnesium alloy finite element mathematical model of profiles tension rotation bending was crea
8、ted. Through finite element simulation of profiles tension rotation bending, the reasonable processing parameters of the magnesium alloy profiles tension rotation bending were determined, the effect of processing parameters on the profiles quality of tension rotation bending forming were analysised.
9、 AZ31 magnesium alloy profiles tension rotation bending processing experiment was completed.Through the tension rotation bending experimental research, the deformation zone of profiles cross-sectional size changes and metal flow laws were analysised, and the bending angle, temperature, pre-stretchin
10、g value and the relationship between the springback angle were analysised. Experimental results showed that the temperature changing impact finitely on the springback angle, springback angle was decreased with the temperature increasing, bending angle and pre-stretching value were significant impact
11、 on the springback angle. Through the uniform design of experiments and using stepwise regression method, it has been able to obtained the springback angle of the regression equation which related to 沈阳理工大学硕士学位论文 bending angle, temperature, and pre-stretch value. Experiments showed the feasibility o
12、f the regression equation and proposed amendments for the equation of research methods. Key words: AZ31 magneium alloy, profiles, tension rotation bending, simulation, springback 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明:本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独 立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考 文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经
13、公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承 担。 作者（签字） ： 日 期 ： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其它复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 第 1 章
14、 绪论 - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 引言 现如今地球有限资源不断较少，人类对其需求不断增加，致使人类对节能、环保、 新能源、新技术的关注与开发不断加强。镁合金借助其独特的优点，镁合金结构材料在 产品开发和应用方面越来越受到世界各国的普遍重视。 镁合金的应用的已经对传统结构 材料表现出挑战的姿态。结构轻量化可以减少能源消耗，使日益严峻的能源危机得到有 效缓解，因此，近年来汽车、地铁与高速列车等交通工具结构的轻量化设计越来越被人 们关注，而新材料的应用又对材料的成形工艺提出了新的要求1-5。 降低交通工具自身的重量是降低能源消耗及汽车尾气的一个行之有效的办法。 车重 每降低 100Kg，
15、油耗可减少 710-3L/km，在目前已普及的商业化金属中只有密度相对 最小的镁可以发挥重要作用。汽车自重每减轻 10%，燃油效率可提高 5.5。所以，镁 合金零件的应用必将成为汽车轻量化发展的未来趋势。随着数字化技术的发展，尤其是 近十年的发展，各类数字化电子（如 3C 产品）产品不断出现，电子器件高度集成化和 小型化， 出现了大量便携式电子器材， 如移动电话、 便携式笔记本电脑和小型摄像机等。 这些器材的共同特点是具有便携性，故而需要薄壁轻质的材料已满足其要求。目前主要 应用的是工程塑料， 这是因为工程塑料有足够的强度， 且具有质轻、 制造成本低等特性。 但是随着 3C 产品的小型化，工程
16、塑料在结构刚度、散热性方面已经不能满足要求，而 且新的 3C 产品要求材料具有电磁屏蔽性和可回收性，而镁合金都能满足这些要求。 AZ31 镁合金有着许多独特的优点，已经广泛地应用于航空、航天、交通运输、军 事器械和电子工业产品等领域，但是室温下塑性较低，限制了 AZ31 镁合金的应用，使 得它的潜力远远没有得到发挥。 金属镁及其合金是迄今在工程中应用的最轻的结构材料 之一，常规镁合金比铝合金质量减小 30%50%，比钢铁低 70%以上，镁合金应用在工 程中可大大减轻结构件质量。同时，镁合金具有高的比强度和比刚度，尺寸稳定性高， 阻尼减震性能好，机械加工方便，尤其易于回收利用，而且具有环保特性。AZ31 合金 具有良好的强度和延展性，可以轧制成薄板、厚板，挤压成棒材、管材、型材，加工成 锻件等，是一种最重要的商用镁合金。镁合金主要是通过控制轧制、挤压或锻造等变形 沈阳理工大学硕士学位论文 - 2 - 方式加工成形，并通过控制热处理状态来获得需要的强度、塑性等力学性能。 在轻量化结构设计中，挤压型材的使用越来越广泛。在型材弯曲，特别是薄壁空
