镁合金轮毂扩—收挤压近均匀成形技术研究

【摘要】随着自然资源匮乏和环保要求的日趋严格，轻量化成为汽车工业发展的必然趋势。镁合金是装备轻量化的最佳用材，在汽车上应用既可提高舒适性和安全性，又能实现节能减排。轮毂作为汽车的重要部件，综合力学性能要求高，然而镁合金轮毂疲劳性能差难以满足要求成为制约其应用的瓶颈。因此，如何提高镁合金轮毂抗疲劳性能成为塑性加工工艺研究面临的重要课题。本文利用有限元数值模拟方法与成形试验对镁合金汽车轮毂的挤压成形工艺进行了研究。开展了如下主要工作：（1）通过对汽车轮毂零件结构特征进行分析，结合变形特性，提出镁合金轮毂扩-收挤压成形工艺，并从理论上分析了其金属变形过程，结果表明：采用扩-收挤压可以明显的去除难变形区，即高应力区，挤压所需应力降低，整体变形更为均匀。（2）利用有限元模拟软件simufact对镁合金轮毂传统成形工艺和扩-收挤压成形新工艺进行进行了数字仿真，研究了两种工艺下的金属流动，应力、应变和金属流线分布规律，结果表明：扩-收挤压工艺可以明显提升轮辐处的等效应变，变形均匀性较好；传统工艺在轮辐部位金属流线弯曲，直臂部分有少量流线露头，而采用扩-收挤压工艺工件金属流线基本沿轮毂的外形轮廓分布，流线形态较好，可满足轮毂对流线的要求。（3）利用simufact模拟软件对扩-收挤压成形下不同工艺参数和坯料尺寸结构进行了模拟，研究了挤压工艺参数和坯料尺寸对坯料成形时变形均匀性和金属流线分布的影响规律，研究结果表明：(a)模具温度提高，挤压件整体温度及温度分布均匀性提高、流变应力和成形载荷降低、工件变形均匀性改善，对提高挤压件质量有利，采用等温挤压时，工件变形均匀性较好；（b）速度增大时，挤压件整体温度和分布不均匀度增加，等效应力上升较为明显；（c）提高摩擦系数，可以减少流线露头缺陷，改善挤压件流线形态，但使挤压件等效应变分布不均匀性上升；（d）坯料结构对挤压件变形均匀性和金属流线有一定影响，内径200mm时的空心坯料尺寸成形时变形均匀性和金属流线分布较好。（4）对镁合金轮毂扩-收挤压成形工艺进行了试验研究，并对成形件进行了微观组织分析和性能测试，结果表明：采用扩-收挤压成形工艺轮毂轮辐部位力学性能明显提高，变形均匀性得到改善，各向异性基本消除，疲劳寿命达到使用要求，验证了镁合金轮毂扩-收挤压成形工艺的可靠性。
【作者】陆国桢；
【导师】王强；
【作者基本信息】中北大学，材料工程，2014，硕士
【关键词】镁合金；轮毂；挤压；成形工艺；疲劳；变形均匀性；

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