镁合金是金属结构中最轻的一种,具有密度小、强度高、导热性好等优点,被广泛应用于汽车、航空及航天等领域中。目前,镁合金产品多以铸件为主,但铸造得到的产品力学性能不够理想且容易产生缩孔、缩松等缺陷,而塑性加工得到的产品可以通过热变形细化晶粒,可获得良好的组织和性能。镁合金锻造成形对温度和压下速率等因素敏感,温度、压下速率不适宜易导致镁合金锻造成形失败,因此通过模具结构设计和工艺优化研究低成本、高效率的镁合金模锻成形工艺己引起了国内外学者的关注。本课题以AZ31B镁合金为研究对象,建立了耦合三维加工图的镁合金热-力-微观组织-可加工性分析的有限元模型,计算了镁合金热塑性变形中温度场、变形场、微观组织和可加工性,在对简单圆柱试样的微观组织和可加工性进行分析验证的基础上,针对镁合金圆柱直齿轮成形问题,基于可加工性分析和优化技术确定了镁合金模锻成形的最优加工路径,并通过实验验证了上述方法的可靠性,主要研究内容如下：(1)建立了热-力-微观组织耦合有限元模型,对镁合金热压缩过程中应力、应变、温度以及微观组织演化进行了数值模拟。在Gleeble1500热模拟试验机上对AZ31 B镁合金进行热压缩实验,得到其高温流动应力曲线与再结晶晶粒尺寸实验数据,由Marc二次开发模块自定义AZ31B镁合金的材料库,利用UGRAIN子程序模块定义微观组织演化规律,建立镁合金热-力-微观组织演化有限元模型,对镁合金圆柱试样在热压缩变形过程进行了模拟。模拟结果表明AZ31B镁合金圆柱试样热压缩变形过程中,各部位等效应力、等效应变、等效应变速率均呈现不均匀性,温度也呈梯度分布。心部最先发生动态再结晶,区域内晶粒细小均匀,将模拟结果和实验结果进行对比验证了模拟的正确性。(2)建立三维加工图与有限元的集成计算方法,完整地反映了镁合金塑性成形过程中的可加工性。由实验得到的不同温度和应变速率下的镁合金流变应力值,计算得到镁合金的功率耗散系数和失稳参数,以温度和应变速率为坐标轴构建二维加工图,并在此基础上建立包含应变的三维加工图,通过Marc二次开发模块集成三维加工图与有限元,建立耦合三维加工图的有限元模型,对镁合金功率耗散值及流变失稳区演化进行了模拟,将得到的模拟结果与实验、理论分析结果作对比。结果表明,热压缩变形流变失稳区域演化的模拟结果与实验、理论分析结果一致,实验结果表明集成三维加工图的有限元模型,能够正确分析材料流变失稳区域演化。(3)针对镁合金直齿圆柱齿轮成形,提出了一种基于数值模拟分析的镁合金模锻成形加工路径的优化方法。采用拉丁超立方抽样方法在初始加工区间内确定模拟实验的变形温度和压下速率值(设计变量)。应用上述建立的耦合热-力-微观组织-可加工性分析的有限元模型,模拟镁合金直齿圆柱齿轮成形过程中流变失稳参数、功率耗散系数和微观组织演化。用二阶响应面方法构建得到镁合金锻造成形中不发生流变失稳的可加工区间,在该可加工区间内综合比较功率耗散系数确定最优加工路径,并进行实验验证。