AZ31镁合金目前是使用最广泛的镁合金系列之一，然而，镁合金是密排六方晶体结构，塑性变形能力差，加工困难，这在很大程度上限制了其应用。研究表明细化晶粒可使其塑性变形能力增强，从而实现合金塑性变形性能。面向应变均匀性，探求微观晶粒组织演变规律，对于AZ31镁合金的等径角挤压(Equal Channel AngularPressing，简称ECAP)模具优化结构、提高镁合金的综合机械性能具有重要的现实意义。本文借助数值模拟技术，采用宏观有限元方法和微观元胞自动机法（CellularAutomata，简称CA法），进行多尺度模拟，研究AZ31镁合金的ECAP挤压成形过程和微观晶粒组织演变规律，从而优化ECAP挤压模具。在此基础上，通过与物理实验比对，进一步说明面向应变均匀性，优化ECAP模具结构的有效性、可行性。为此，本文着重进行以下几方面的研究：1）基于刚粘塑性有限元法和CA法模拟ECAP挤压成形过程，动态再现动态再结晶过程，得出ECAP模具结构的大塑性变形区是细化晶粒的最重要区域。2）实验证明，宏观应变均匀性能够间接反映微观晶粒细化程度，因此本文得到一种面向应变均匀性快速设计ECAP模具的方法。3）通过正交实验，得到一组既可以使应变分布均匀、又能降低挤压成形力的优化模具结构参数（模具外角为40°，内角为105°，内角半径为1.5mm）。4）通过选取坯料上3个典型关键点考察挤压成形过程微观晶粒组织演变规律，结果表明：未经历ECAP大塑性变形的点（P1）晶粒出现明显长大，有发生动态再结晶的趋势；P2点为ECAP挤压大塑性变形区域起始位置，该点通过大塑性变形区域全过程发生了明显的动态再结晶，并且晶粒细化显著；P3点为大塑性变形终了时的起始位置，之后晶粒继续发生动态再结晶，细化效果不明显。5）大塑性变形区从模具内角到外角，晶粒细化效果逐渐减弱。6）通过AZ31镁合金ECAP挤压物理实验初步研究，试样经ECAP一道次挤压后变形区的微观晶粒组织，与原始晶粒组织相比较，晶粒有一定的细化现象。