超高压电缆铝护套四通道连续包覆数值模拟和实验研究

基于SSLB500双轮四通道连续包覆机,采用有限元法,对Φ120 mm×2.8 mm的超高压电缆铝护套连续包覆成形过程进行了数值模拟,分析了挤压轮转速在7.5 r·min-1时金属成形过程中的速度场、温度场和应力场的分布规律,结果表明:温度场、速度场呈对称分布,模具出口处的速度、温度分布均匀。进行了Φ120 mm×2.8 mm电缆铝护套连续包覆实验和产品性能检测,结果表明:四通道工艺不仅可以成功实现大管径铝护套的连续包覆,而且铝护套成形良好,圆度达到98.69%,同心度达到92.58%,挤压焊缝结合强度与母材强度接近;数值模拟结果与实验结果一致,证明了四通道连续包覆工艺的可行性和模拟结果的正确性。     

挤压轮转速对大管径电缆铝护套连续包覆成形的影响

挤压轮转速是大管径电缆铝护套包覆成形过程中的一个重要工艺参数,其对工装模具使用寿命、产品质量及生产效率具有直接的影响。基于SSLB500型双轮立式连续包覆机,采用有限元法,通过对Φ180 mm×4 mm电缆铝护套连续包覆过程进行数值模拟,分析在不同挤压轮转速下金属成形过程中的速度场、温度场及压力的分布状况,得到了挤压轮转速对电缆铝护套连续包覆成形过程的影响规律;基于相同模具结构,进行了转速分别3和7 r·min-1的铝护套连续包覆实验,实验结果与数值模拟所得规律相符,证明所建立的有限元模型正确。研究结果可供大管径电缆铝护套连续包覆工艺参数选择时参考。     

镁合金及纯铝连续挤压流动均匀性对比研究

根据连续挤压扩展成形的特点,基于Deform-3D软件建立镁合金及纯铝的刚塑性有限元模型,进行连续挤压过程的数值模拟,分析挤压轮转速、产品宽度和金属流动通道长度对两种材料流动均匀性的影响程度。模拟结果表明:随着挤压轮转速的提高和产品宽度的增大,镁合金及纯铝在模具定径带处的流速均方差均增大,两种材料的增大速率相近,并且镁合金的流速均方差均大于纯铝的;在板材连续挤压扩展成形中,流动通道长度的改变导致纯铝在模具定径带处的流速均方差的变化幅度比镁合金大。     

不同球心距对连续挤压异型材成形流动特征的影响

针对异型材形状特殊,引起连续挤压成形不稳定的问题,利用球形卸压的方法,将模具成形平面改为圆弧面。模拟半径为6. 5 mm的球心分别与模具入口表面距离为1. 5、2. 5和3. 5 mm时,横截面球形卸压区域的温度场和速度场,研究了纵截面某一稳态时刻,对称面直角变形区从上向下5个层面的速度和温度;讨论了模具不同球心距定径带处边缘和中间的流速均方差。研究结果表明,当半径为6. 5 mm的球心与模具入口表面距离为2. 5 mm时,坯料在球形卸压区域的温度分布均匀且温度较低,为575℃;坯料纵截面定径带处的速度为30～70 mm·s~(-1),且整体速度的极差最小为0～70 mm·s~(-1);定径带处边缘和中间的流速均方差差值最小为0. 324 mm·s~(-1)。经连续挤压得到的细化晶粒,不仅有利于提高金属强度和塑性,还可提高材料的表面质量。     

面积扩展比对铜棒材连续挤压扩展成形流动的影响

为研究连续挤压周向扩展成形金属流动规律与工艺参数之间的关系,基于DEFORM-3D有限元分析软件,简化连续挤压工装模具非必要外形尺寸,建立铜棒材连续挤压扩展成形刚塑性有限元模型。通过数值模拟分析面积扩展比分别为2.25、3.0625、4、5.0625和6.25时铜棒连续挤压扩展成形过程坯料速度分布规律。模拟结果表明,在扩展变形区,坯料在对称面上的纵向流动基本均呈现上下对称层流分布状态;铜坯料从直角弯曲区经过扩展变形区降速而后流入模具收缩区,当面积扩展比为4时,纵向流动速度曲线最平稳,模具定径带处的流速均方差SDV值和极差R值最小,即模具出口速度最均匀。     

铜铝复合接触线连续挤压包覆过程的数值模拟

利用DEFORM有限元软件对铜铝复合接触线连续挤压包覆成形过程进行了数值模拟,研究了挤压过程中金属的流动规律及等效应力、等效应变和温度分布规律。结果表明,铝合金在流动过程中主要发生镦粗变形,该过程产生的变形热引起铝合金的温度升高。应变主要集中在堵头、靴座通道及模具型腔中,且在模口处易产生应力集中。复合变形区长度过短会导致铜铝界面结合变差,过长会阻碍铜铝包覆产品顺利出模。当变形区长度为3. 5～5 mm时,既保证了包覆产品的结合质量又能使产品顺利出模。最后采用试验验证了模拟结果的准确性。     

铜/铝复合接触线连续挤压成形工艺参数

采用有限元软件对连续挤压下铜铝接触线层状复合成形过程进行二维数值模拟,详细研究了不同模芯端部导流角、复合变形区长度、铜铝厚度比、坯料与模具表面状态和定径带长度对铜铝双金属的流动和挤压力大小影响的规律。结果表明,模芯端部导流角度取30°,复合变形区长度取3.5~5 mm,定径带长度取5 mm,并尽可能增加铝与铜之间摩擦,同时减小模具与铜之间摩擦,能使铜铝层状复合流畅,产品顺利挤出且成形良好。此外,在TLJ340连续挤压机上进行了铜铝层状复合的试验,试验结果与数值模拟结果相吻合。     

银包铝复合丝材的制备工艺

采用冷静液挤压的方法将银管套装铝棒坯料挤压成银包铝线材,再通过多道次拉拔制备外径小于d 100 μm的银包铝丝材.结果表明银管和铝棒的硬度比和模角大小对静液挤压银包铝复合线材的稳定制备具有显著的影响,当管和铝芯棒的硬度比为50-20、模角为45`时,可以成功制备质量良好的银包铝复合线坯.合理的拉拔和退火工艺为分别在丝径拉拔至d 1.7、0.28和0.09 mm时各退火一次,d 1.7 mm线材退火温度为200 ℃,保温时间5 min;其余情况下,退火温度为150 ℃,保温时间5 min.制备的名义外径为d 70 μm丝材的丝径和包覆层厚度测试结果表明丝径为(70±2) μm,包覆层厚度为9～12 μm.外径为90、70和40 μm的丝材在150 ℃、5 min退火后的拉伸强度分别为151、177和183 Mpa,伸长率分别为9.69%、4.41%和2.34%.     

模具结构对AZ91镁合金挤压成形性能的影响

AZ91镁合金由于强度高、流动性好等特点,通常用作铸造合金。研究该合金合理的挤压温度、挤压速度及模具结构,对提高其塑性成形性能、开发高强度变形镁合金有重要的理论和实际意义。文章通过热模拟试验研究了AZ91镁合金应力应变关系,确定了最佳变形温度。在此基础上,采用三维有限元法模拟分析了不同挤压速度、模具结构对挤压过程温度场、速度场及应力场的影响。结果表明,采用锥模和流线模时,当定径带长度为15mm~20mm时,可在挤压速度达到5mm/s的条件下成形出表面光滑无裂纹的镁合金棒材;而采用平模挤压时,当定径带长度为10mm~20mm时,获得良好表面质量的挤压速度达到2.5mm/s。在650t的卧式挤压机上,进行了该合金的挤压实验,实验结果与模拟结果相吻合。     

铝镁双金属反向等温包覆挤压棒材耐腐蚀性能

利用反向等温包覆挤压技术制备了直径38 mm的铝包覆镁合金复合挤压棒材,采用浸泡实验和电化学工作站进行腐蚀分析,对比研究铝镁双金属反向等温挤压棒材表层、芯部及铝镁包覆结合界面层在3.5%NaCl溶液中腐蚀前后的微观组织形貌、腐蚀失重率、极化曲线、阻抗谱等。结果表明:铝镁合金在挤压过程中发生再结晶,包覆结合界面层析出β(Al3Mg2)相和γ(Mg17Al12)相,而未包覆挤压镁合金,在晶界处析出γ(Mg17Al12)相。相比于未包覆状态而言,反向等温包覆挤压棒材在腐蚀过程中,包覆铝表面层更容易富集腐蚀产物形成钝化膜抑制腐蚀进行。因此这一双金属包覆反向等温复合挤压技术有利于提高AZ31镁合金型材的耐腐蚀性能。     

组织转变对Al-20%(Al-5Ti-1B)合金力学性能与导电性能的影响

采用纯铝中加20%的Al-5Ti-1B制备了Al-20%(Al-5Ti-1B)合金,并在550℃固溶12h后进行1道次室温等径角挤压试验。运用金相显微镜和扫描电镜等研究了合金微观结构的变化,测定了合金不同状态下的导电率和硬度。对铸态和挤压态合金进行了室温拉伸试验。研究了组织转变对合金力学性能与导电性能的影响。结果表明,等径角挤压可以细化晶粒,改善第二相颗粒分布的均匀性,提高Al-20%(Al-5Ti-1B)合金的力学性能和导电性能。与铸态合金相比,等径角挤压后的合金屈服强度由195 MPa增加到245 MPa,提高了13.4%;硬度由26.37 HV增大到44 HV,提高了66.85%;导电率由49.63%IACS增加到51.8%IACS,提高4.4%。     

等径弯曲通道变形制备高性能Cu-Cr合金的组织性能

用两种方式等径弯曲通道变形(equal-channel angular pressing,简称ECAP)制备了的具有等轴晶组织的超细晶Cu-0.4Cr合金,晶粒尺寸为500nm。研究了不同挤压方式、不同挤压道次合金的组织和性能的变化。探讨了不同退火温度对5～8道次材料导电率和硬度的影响。结果表明,经ECAP挤压后的Cu-0.4Cr合金具有很好的综合性能,拉伸强度可达565MPa;硬度和导电率分别为225 HV和66.4%IACS;723K退火1h后材料的导电率和硬度可达80.3%IACS和210.9HV;软化温度可达723K。     

6201铝合金管材的连续流变扩展成形过程

采用自行设计的连续流变扩展成形技术装置对6201铝合金管材的制备进行研究.结果表明:连续流变扩展成形可以制备质量良好的6201铝合金管材.制备d80 mm的6201合金管材最佳艺工艺条件为:挤压轮冷却水流量为10～15 L/min;浇注温度为750～780 ℃;模具预热温度为500～560 ℃;挤压轮转速为15 r/min.制品在线水淬固溶并在150 ℃时效10 h后的抗拉强度为300 MPa,伸长率为10.2%,等效导电率为47.4%IACS,抗拉强度比Al-Mg-Si-Cu铝合金管母线提高15%,等效导电率提高3%.     

铜铝复合板等通道转角挤压模具设计及数值模拟

为了深入研究通过挤压成形制备铜铝复合板的工艺方法,利用等通道转角挤压(ECAP)方法工艺与设备简单的优点,设计了一套可拆卸、可更换模具转角的实验模具方案。利用HyperXtrude对铜铝复合板的等通道转角挤压过程进行数值模拟,分别选取模具转角为0°,15°,30°,45°和60°的5组方案进行了模拟与分析,对铜铝复合板在等通道转角挤压过程中的压力、应力场张量、速度场分布进行了探讨。结果表明:转角从0°变化至60°,压力从186.1 MPa下降至141.5 MPa;当转角为45°时,金属流动速度最为均匀。     

铝包钢丝焊接工艺及组织性能研究

针对铝包钢丝焊接时存在包覆层易于破坏、抗锈性差等问题，通过挤压包覆法制备铝包钢丝，并采用储能点焊对其进行焊接，研究了不同焊接工艺对接头界面结合状态及性能的影响。结果表明：所制备的铝包钢丝包覆层均匀无缺陷，具有优异的抗扭转能力和结合强度；优化的焊接工艺参数为：焊接电压120 V,电极压力1.3 MPa,放电时间0.2 s;采用优化焊接参数获得的焊接接头实现了良好的冶金结合，铝包覆层均匀无破损，具有较强的抗锈能力，其强度可达223 MPa。     

小规格TiNiNb管材的反向挤压成形工艺参数

针对44 mm×10.5 mm小规格Ti Ni Nb管材反挤压成形试验的工艺参数确定和模具设计问题,采用有限元热力耦合数值模拟和单因素轮换法,分析在满足制件成形质量(挤出温度低于共晶熔点)的前提下,挤压力与凹模模角和定径带长度、凹模和挤压筒温度、毛坯初始温度、挤压速度及摩擦因子等工艺参数和模具结构参数之间的关系,确定影响挤压力的主要工艺参数和模具结构参数分别为凹模模角、初始坯料温度、挤压速度和摩擦因子,并给出上述参数的取值范围。通过基于数值模拟的正交试验方法,得到了主要工艺参数和模具结构参数的最佳组合,即在保证润滑效果的前提下,取凹模模角110°、毛坯初始温度为950℃、挤压速度为50 mm/s。利用铅和45号钢毛坯在6.5 MN多向模锻挤压液压机上进行了验证实验。     

等径角挤压工艺对固溶状态CuCrZr合金性能的影响

研究了等径角挤压工艺(ECAP)对固溶态CuCrZr合金性能的影响.结果表明,随着挤压道次的增加,合金的硬度迅速上升,导电率略有下降.时效前经ECAP处理可以加速时效初期第二相的析出,使合金的性能以较快的幅度上升.ECAP六道次试样400℃时效1 h,导电率和硬度分别为81.1%IACS和200 HV30.     

包覆率对直接水冷铸造法制备包覆铸锭界面组织和性能的影响（英文）

采用数值模拟和实验相结合的方法研究了不同包覆率的AA4045/AA3003铝合金包覆铸锭的制备,并对界面处的温度场和组织性能进行了详细分析。结果表明,采用直接水冷铸造法可得到不同包覆率的铸锭,Si和Mn在界面处发生了互扩散并形成扩散层。随着包覆率的增加,两种合金接触时界面区域由半固态-固态转变为液态-固态,界面处硬度由HV 47增加到HV 55,扩散层厚度由10增加到25μm。界面处硬度高于AA3003合金一侧,低于4045合金一侧,这是由元素扩散引起固溶强化造成。均匀化退火后,在包覆铸锭被反向挤压成复合管材的过程中,界面处保持层状结构不变,包覆率在变形过程中的遗传性得到证实。     

喷射沉积7075/SiCp铝基复合材料挤压变形的数值模拟

采用Deform-2D有限元软件对喷射沉积7075／SiCp铝基复合材料挤压变形进行数值模拟。模拟采用的挤压变形条件为：挤压比4-100，锭坯预热温度300-450℃，挤压杆速度2-20mm／s。结果表明：在挤压变形区内应力及温度变化剧烈，且在模子入口处均出现最大值；挤压比和挤压速度越大，应力越大，温度效应也越显著。喷射沉积7075／SiCp铝基复合材料最佳挤压条件为：锭坯预热温度350-400℃、挤压比16-50、挤压杆速度5～15mm／s。数值模拟结果和工艺实验测量值吻合较好。     

基于模拟及实验的Cu/NbTi异温包覆挤压界面结合研究

提出Cu/NbTi异温包覆挤压,即在塑性变形过程中Cu和NbTi具有不同的温度。Cu/NbTi异温包覆挤压可以有效降低包覆层Cu的变形温度,从而减小包覆层Cu和NbTi芯间的屈服应力差值,有助于二者的协调变形。采用刚粘塑性有限元法模拟凹模入口角分别为60°,120°和180°时Cu/NbTi异温包覆挤压过程,揭示其界面结合情况。模拟结果表明,增大凹模入口角有助于减小包覆层Cu和NbTi芯间的相对伸长量,有益于二者的界面结合。根据有限元模拟优化的工艺参数,进行了Cu/NbTi异温包覆挤压实验,凹模入口角为180°。实验结果表明,该条件下Cu/NbTi包覆挤压过程中金属稳定流动,包覆层Cu和NbTi芯协调变形,二者间相对伸长量较小。实验结果与模拟结果吻合较好。